砂岩劈裂裂隙无充填多因素影响下渗流规律研究

岩石裂隙渗流规律复杂,影响因素众多,其研究对工程防渗堵漏意义重大。利用ELE岩石渗透仪对劈裂砂岩进行裂隙渗流试验,采用基于CAD-ANSYS接口程序、ANSYS蒙皮技术,Arc GIS联合建模计算劈裂面面积等方法,试验研究不同应力条件下,劈裂面面积、迹线长度、进出口长度、结构面粗糙度、应力路径等多因素共同影响下的裂隙渗流量变化规律。分析得出应力路径对渗流量有显著的影响:围压恒定时,渗流量与渗透压呈负指数函数关系;渗透压恒定时,渗流量与围压呈幂函数关系。提出不均匀系数λ,可反映渗透压恒定围压持续加载情况下渗流量随围压的变化规律;提出高效控渗临界点和有效控渗临界点,可描述渗透压恒定时渗流量随围压变化的规律,为工程加压止渗提供参考。根据试验结果,推导出裂隙渗流参数转化为孔隙介质渗流参数的渗透系数k的表达式,为裂隙岩体的孔隙介质渗流分析提供借鉴参考。     

砂岩巴西劈裂抗拉强度的尺寸效应研究

尺寸效应是岩石力学试验研究中不可回避的问题,直接关系到岩石力学参数取值是否合理。在以往岩石劈裂抗拉强度的尺寸效应研究中,主要考虑了岩样厚径比的影响,较少考虑岩样直径的影响。基于此,在前期研究的基础上,设计进行了25,30,50,100,150 mm 5种直径岩样的巴西劈裂试验。研究结果表明:①在厚径比一定的情况下,岩样直径从25 mm增大到150 mm,对应抗拉强度呈现先陡后缓的降低趋势,在岩样直径>50 mm后,抗拉强度趋于稳定,变化趋势总体可以用指数函数较好地表达;②岩石的劈裂抗拉强度尺寸效应,不仅与岩样的厚径比有关,而且与岩样的直径有关,综合以往研究经验,建议控制岩样的厚径比为0.3左右、直径在50 mm以上,这样可以较好地消除尺寸效应对劈裂抗拉强度的影响。相关研究结果可为岩石劈裂抗拉强度的尺寸效应分析提供较好的依据。     

黑龙滩水库大坝渗流监测资料分析

对黑龙滩水库大坝的渗流渗压监测资料进行了分析讨论 ,包括坝基渗压水位、绕坝渗流水位以及坝体和坝基的渗漏等。     

大理岩裂隙渗流特性及充填砂土影响

利用自行研制的岩石裂隙渗流系统,对9个不同裂隙面形貌的大理岩试样分别进行充填和未充填裂隙渗流试验,研究了不同法向应力条件下,加卸载过程、水头差大小、裂隙面形态、充填砂土粒径及厚度等因素对裂隙渗流的影响。试验结果表明:裂隙未充填时,在法向加载阶段,渗流量随水头差的增大呈线性递增,渗流量随法向应力的增大呈负指数减小,并得到了包含裂隙面三维形貌参数坡度均方根S_q的渗流量和法向应力关系式;单位水头流量与力学隙宽呈指数关系,指数平均值为3.01,基本符合立方关系。因此,通过增加修正参数得到了修正的立方定律,其中修正参数与裂隙面的三维形貌参数S_q呈指数关系。在法向卸载阶段,渗流量随法向应力的降低基本不变,相较于加载阶段,卸载阶段法向应力对渗流量的影响明显降低;相较于未充填裂隙,充填裂隙闭合量、裂隙面形态、法向应力在加载和卸载阶段对渗流量的影响均较小,充填砂土的粒径或厚度越大,相同法向应力下裂隙渗流量越大。     

宜昌砂岩轴压致裂和人工裂纹下的渗流试验研究

对受压缩荷载致裂的宜昌地区砂岩，通过试验研究轴压、围压、裂隙几何尺寸和岩性等因素对渗流量的影响。对于压裂的泥质砂岩，当裂隙的深度(对应受力面积)与开度的比值越大时，试件的渗流量受围压的影响就越大，轴压与渗流量成非线性关系；对于钙质砂岩，其流速随围压的变化显得波动很大，规律性较差，而在一定的围压作用下，轴压与流速呈二次抛物线的非线性关系；对于钙质粗砂岩，围压越大，其渗流流速与轴压的关系越是接近于直线。为加深认识，与无填充人工切割裂隙和填充人工切割裂隙的渗流成果进行对比分析，研究表明：无填充人工切割裂隙的渗流量与轴压呈线性关系主要是由于渗流断面积过大引起。填充人工切割裂隙的渗流试验表明，砂粒在没有冲紧密实之前其渗流量测量数据是没有可重复性的，不但受到轴压的加载路径影响，还受到围压的加载路径影响。充填密实后，人工裂隙中有砂充填时，轴压和流速仍呈线性关系。对砂岩轴压产生的裂纹， 0Mpa到1Mpa的过渡过程中，渗流量迅速衰减(二次项系数衰减达21/22),衰减量远大于有砂粒填充的有一定开度的人工节理。分析指出：在卸荷引起的长久存在的拉应力区中的垂直于拉应力作用方向的裂隙渗流的能力将远大于裂隙面被压应力挤紧的裂隙渗流速度。     

求渗流场过流量的一种简单方法

给出了求解渗流场过流量的简单计算方法，经实例验证，该方法是正确的。     

宜昌砂岩轴压致裂和人工裂纹下的渗流试验研究

对受轴向压缩荷载致裂的宜昌地区砂岩,通过试验研究轴压、围压、裂隙几何尺寸和岩性等因素对渗流量的影响。对于压裂的泥质砂岩,裂隙深度(对应受力面积)与开度比值越大,试件的渗流量受围压影响就越大,轴压与渗流量呈非线性关系;对于钙质中细砂岩,其流速随围压的变化显得波动很大,规律性较差,而在围压恒定时,轴压与流速呈二次抛物线的非线性关系;对于钙质粗中砂岩,围压越大,其渗流流速与轴压的关系越接近于直线。与无填充人工切割裂隙和填充人工切割裂隙的渗流成果进行对比分析,研究表明:无填充人工切割裂隙渗流量与轴压呈线性关系,主要是由于渗流断面积过大引起。填充人工切割裂隙的渗流试验表明,砂粒在没有冲紧密实之前其渗流量测量数据是没有可重复性的,不但受到轴压的加载路径影响,还受到围压的加载路径影响。人工裂隙中有砂充填密实后,轴压和流速仍呈线性关系。对砂岩轴压产生的裂纹,在0~1MPa的过渡过程中,渗流量迅速衰减(二次项系数衰减可达21/22),衰减量远大于有砂粒填充的有一定开度的人工节理。     

过水堆石体的渗流计算

利用渗流微分方程及模型试验提供的溢流边界条件，通过有限差分法求解堆石体渗流场等势线的数值及渗流量。根据渗流动力方程及试验确定的阻力系数拟合方程，导出了堆石体内各流区通用的非线性渗流浸润线计算式。实例计算值与试验结果吻合。     

水力坡降法在大坝渗流监测中的应用

甘肃神树水电站首部枢纽工程大坝为混凝土面板堆石坝,最大坝高88.8 m,坝顶长217.39 m。坝址位于深覆盖层河床上。大坝为2级建筑物,按照规范要求必须对其渗流量进行监测,但由于大坝基础坐落在深厚覆盖层基础上,河床宽度相对较宽,如按常规设置量水堰,需在量水堰上游设置截渗墙进行坝体渗流量监测,其工程量及投资较高。为了节省工程投资,同时还能够合理地对坝体渗流量进行安全监测,确保工程运行安全,根据相关规范要求提出了用水力坡降法替代量水堰法对坝体进行渗流量监测,以达到工程渗流监测的目的。此举为深厚覆盖层修建的土石坝的渗流监测开辟了新的方法,可以优化工程投资,提高工程效益。目前,相关设计方案已经实施,待水库蓄水时即可投入运行。     

加厚冰盖渗流对渠道输水能力的影响

输水渠道冰期输水能力日益成为工程运行管理、学者研究关注的焦点。输水能力的研究不能仅仅局限在正常输水期(明流期和封冻期),还应该考虑非常工况下工程的输水能力,比如流凌期的输水能力。普遍认为流凌期输水能力将可能成为束缚冰期输水能力的瓶颈。为提高流凌期输水能力,可以采用加厚冰盖下的输水方式运行。通过理论分析和物理模型试验相结合的方法,针对加厚冰盖渗流对输水工程冰期输水能力的影响进行了研究,结果表明:由于结冰期加厚冰盖孔隙率较大,其渗透系数大于融冰期加厚冰盖;冰凌形状系数t/L对加厚冰盖渗透系数影响较小;随着冰厚的增加,加厚冰盖渗透系数逐渐减小,尤其当冰厚小于0.1m时,渗透系数衰减迅速;随着渠道总流量的增加,加厚冰盖渗流量相应增大,但是渗流量在总流量中的比重却随总流量的增大而减小;加厚冰盖渗流在渠道输水流量中所占比重很小,一般情况下,对输水渠道冰期输水能力的影响可以忽略不计。     

岩溶管道与裂隙交叉渗流特性试验研究

研制了光滑岩溶管道和裂隙交叉的水力特性室内试验模型.采用正交试验设计方法安排试验,测得了48组岩溶管道和裂隙不同交叉、不同水力情况下的渗流水力特性数据.采用正交统计分析法分析绘制试验因子关系曲线图,详细研究裂隙宽度、岩溶管道直径及进水水头对试验成果的影响.定量分析了岩溶管道与裂隙交叉时其折算渗透系数与长度、直径等因素之间的关系,并在量纲分析的基础上,采用变结构遗传算法建立了计算岩溶管道和裂隙交叉时管道汇流量的数学表达式.最后将计算值与试验值对比,结果表明,所建立的公式能较好地反映影响管道汇流量各因素之间的内在联系.     

堤基渗流无害管涌试验研究

在室内水槽中进行几何比尺1∶20及1∶40的堤基渗流引起的管涌试验，论证了双层地基粉细砂层发生管涌通道时影响大堤安全的水平渗流临界坡降平均值为0.1左右。试验结果表明，管涌与砂层厚度、砂层顶面接触糙度、出口水头损失、堤前冲深以及砂基结构性质等有关，管涌有害与否与沿程承压水头分布的不断调整和渗流量变化密切相关。文中还讨论了模型比尺问题。     

西藏乃琼渠道防渗试验研究

针对西藏“一江两河”地区渠道渗漏严重，开展了新型防渗渠道的研究工作，设计了新颖防渗结构，进行了现场试验，提出了观测数据，供该地区推广应用。     

并行电法在快速检测水坝渗漏 通道中的应用

为改进堤坝电阻率测试技术,提出了并行电法快速检测方法并建立相应的检测系统。通过在水坝背水坡不同高程布置测线,将供电负极分别置于库内堤坝左侧、中间和右侧水位下用AM法（单极供电）采集数据,按空间坐标组合电位数据体实现立体电阻率反演。现场试验表明,并行电法测试系统工作效率高、电阻率成像清晰,对水坝渗漏通道追踪效果明显,提升了水坝渗漏通道检测的识别能力。     

伪随机流场法在堤坝渗漏探测中的应用与研究

伪随机流场法具有快捷、直接、精确有效等优点,逐步成为堤坝渗漏探测的主流方法。利用该方法,在漏水区域、库区无穷远段进行高压供电,库区内网格状布置测点,可查找渗漏入水点。通过对各异常区域的区域面积、异常区域内各测点的异常平均值以及对于严重渗漏的临界值进行计算,可判断水库渗漏通道和各渗漏点的渗漏量比例。此外,由于该方法快速便捷的特点,可以运用该方法进行实时监测。应用于某混凝土面板堆石坝的探测结果表明,利用堤坝周边已经存在的监测孔或在灌浆帷幕下游进行钻孔,进行伪随机电位差或者电流测试,可在无损条件下判断渗漏来源和通道发育方向,检测防渗处理效果。该方法可为堤坝渗漏监测预警、拟定防渗处理方案提供依据。     

平原区截渗排水渗流计算方法的研究与探讨

描述了非完整沟(管)工程布设形式和补给出流条件,对现行的平原区截渗排水渗流计算方法进行了综合分析,针对单、双沟的对称和非对称布设形式,提出了系列的有限含水层厚度条件下,对称与非对称单、双沟截渗排水的渗流水动力学计算公式。计算结果表明,在补给和出流条件基本相同的情况下,双沟比单沟截取地下水量和降低地下水位的作用都明显增大。     

不同轴压下悬挂式防渗墙堤基渗透坡降试验

为了研究含悬挂式防渗墙的强透水堤坝坝基在不同轴压状态下的渗透特性,分别开展了3种不同高度防渗墙在不同轴向应力状态下的渗流-应力耦合管涌试验。结果表明:防渗墙端部位置渗透流速较大,更易发生渗透破坏;坝基平均渗透坡降随防渗墙高度增加而减小,防渗墙渗流轮廓线上,防渗墙端部的渗流梯度最大,应力状态对悬挂式防渗墙-砂砾石地基渗透坡降影响显著,管涌临界渗透坡降与轴压呈抛物线关系,防渗墙端部的渗透破坏坡降随轴压增大而线性增大。在此基础上,建立了用轴压表示的防渗墙端部渗透破坏坡降线性经验公式。     

散粒土渗透破坏判别方法试验研究

渗透破坏是诱发土石坝、堤防、基坑开挖等岩土工程失稳破坏的重要原因之一,目前对于土体渗透破坏判别方法的研究已经取得了比较多的成果,但是对于不同判别方法的适用性和使用范围没有明确的划分。利用自主研发的渗透破坏实验装置,开展了一系列散粒土渗透破坏特性试验,研究了细颗粒含量、细颗粒组成以及干密度等对散粒土渗透破坏特性的影响,得到了试样渗透破坏过程中渗流流速、临界水力梯度、渗透系数等的变化规律。同时,将试验结果与已有的判别方法和计算方法的结果进行了对比分析,得出了各种方法的适用范围和优缺点。     

碎石土斜坡优先流渗流特征试验

为研究碎石土斜坡在雨水作用下的渗流特性,以2种不同级配的碎石土为坡体模型材料,利用自行设计的模型槽开展雨水作用下优先流渗流特征的试验研究。试验模拟降雨入渗及地下水变化,在碎石土斜坡内部生成浅层孔隙及深层管道网络,采用染色示踪技术结合图像处理分析碎石土斜坡内部大孔隙流、管流以及漏斗流的渗流特征及成因。试验结果表明,采用室内试验方法模拟降雨及地下水变化,对于展现坡体内部与外界水分动态交换过程,研究优先流非均匀流动特性是一种非常有效的手段。