饱和方式和泥岩含量对堆石料渗透系数的影响

 在进行渗透试验时,对于高渗透性的过渡料,主堆石、次堆石采用水头饱和;对于中渗透性、甚至是低渗透性的垫层料,采用抽气饱和则可节约很多时间。由于地质构造等原因,岩体中也常含有泥岩夹层。因此有必要探讨饱和方式和泥岩含量对堆石料渗透系数的影响。针对无锡马山抽水蓄能电站水库大坝的填筑材料,利用粗粒土渗透仪进行一系列的渗透试验,探讨饱和方式和泥岩含量对堆石料渗透性的影响。研究结果表明,饱和方式对堆石料渗透系数的影响不大;堆石料中泥岩含量增加,渗透系数减小,当泥岩含量足够大时,堆石料的渗透系数将变得很小,堆石料的渗透系数与其泥岩含量之间存在负指数关系。     

堆石料三轴湿化变形特性试验研究

通过对2种不同堆石料的高压三轴湿化试验，分析了引起湿化变形的因素，并对湿化应力与湿化变形进行了初步的分析，发现湿化应力与湿化变形之间存在有双曲线关系，其规律类似三轴压缩的应力应变关系；但湿化应力。应变的初始切线模量与周围压力之间的关系并不完全符合Janbu公式，同时对湿化轴向应变与湿化体应变进行分析，发现不同于三轴压缩，其关系并非双曲线。     

强风化泥岩颗粒破碎对其渗透系数的影响

泥岩土样只测定了渗透试验前试样的颗粒级配,没有考虑试验过程中试样级配的变化。泥岩由于抗水性差、易软化,在试验的制样过程中因加水和击实作用发生颗粒破碎,在试验中由于物化反应也会产生颗粒破碎现象,进而影响试验的结果。文章就这一问题,研究了西南地区某强风化泥岩的颗粒破碎对其渗透性的影响。     

堆石料的动力残余应变模型

基于国内多座土石坝筑坝材料的动力试验成果,研究了堆石料的动力残余变形特性。分析了沈珠江及其改进模型、朱晟模型和水科院模型的差异及存在的问题。在此基础上,建立了以围压和动应力为自变量,并考虑应力水平影响的堆石料残余应变模型。分析比较发现,提出的新模型能够较好地吻合试验结果。     

堆石料强度和变形特性数值模拟

 大型三轴试验结果表明,堆石料在剪切过程中具有明显的应变软化和剪胀特性,其应变软化和剪胀与否取决于土样本身的密度与应力状态：密度越大,围压越低,其应变软化和剪胀性就越明显。通过引入无黏性土的状态相关剪胀理论,对具有不同密实度的堆石料在三轴固结排水剪切过程中的强度和变形特性进行模拟,并与邓肯–张E-B模型和南水模型的模拟结果进行对比,发现该理论仅需一组材料参数就能够较好地反映堆石料的应变软化和剪胀特性。     

堆石料劣化及其对大坝安全运行影响的研究

在现有土石坝工程中,一些易风化的软岩已被广泛应用于坝体的填筑,在坝体长期运行过程中,堆石料含水率和温度变化的影响等会造成其力学性质的劣化,随着全球大气环境污染加剧,酸雨对其力学性质的影响也将日趋显著。堆石料是天然形成的,一般而言已有的生命周期可能比大坝的使用周期长得多,但在某些情况下岩石的力学特性会在很短甚至几个月内发生较大变化,堆石料力学性质的劣化会使其强度参数降低从而导致大坝安全稳定性下降,同时使坝体产生附加后期变形。现有的大坝设计中把岩体分成全风化、强风化、弱风化等,一般只考虑风化的现状,很少考虑工程建成以后岩体因风化而对其寿命和功能的影响。随着科技的进步,特别是环境岩土工程的进步,对风化现象从定性描述到定量研究的条件正在逐步成熟。针对单线法和双线法两种试验方法,分别提出了一个能够考虑堆石料风化影响的计算模型,可用于定量分析大坝使用周期内的坝体应力变形特性的变化,在此基础上对大坝内易风化软岩的分区布置进行了探讨。     

考虑级配和颗粒破碎影响的堆石料临界状态研究

临界状态土力学理论在描述细颗粒土应力变形特性方面较为成功,已经成为建立许多黏土和砂土本构模型的基础。对于堆石料,在应力、密度、级配等因素影响下,其变形特性非常复杂,且高应力条件下颗粒易发生破碎,是否存在"唯一"的临界状态值得探讨。通过对不同级配、不同密度的试样在不同围压条件下的一系列大型三轴剪切试验,研究了堆石料的临界状态及其影响因素。研究发现:不同级配、不同密度、不同初始固结应力条件下,当剪应变较大时试样都趋于临界状态,临界状态的值与初始密度、初始级配、颗粒破碎有关;q–p'平面内,堆石料存在唯一的临界应力比M;在e–(p'/p_a)~ζ平面内,临界状态线基本平行,其截距可以根据初始密度和初始级配直接求得。通过对比分析各试样的临界状态,提出了考虑级配和颗粒破碎影响的堆石料临界状态数学表达式。     

堆石料风化试验仪的研制及应用

研制了堆石料风化试验仪,能够实现干湿循环、冷热循环和应力三因素耦合的试验研究。该设备采用功能模块组合结构设计理念,包括竖向加载系统、水平加载系统、干湿循环控制系统、冷热循环控制系统和数据采集系统。采用了内外兼顾的温控设计思路,不仅可以使试样快速实现温度的变化,且能为试样提供均匀的温度场。利用该设备对典型堆石料进行了干湿循环、温度变化和应力三因素耦合的试验研究。结果表明,该设备能较好的实现干湿、冷热和应力的综合控制,湿冷干热-耦合循环作用对受荷堆石料引起了明显的劣化变形。     

模拟堆石料颗粒破碎对强度变形的影响

许多试验事实表明,极高压力下颗粒材料粒径极限分布并非 Hardin 所谓的以 0.074 mm 为截断粒径的均匀分布。通过拓展破碎概念提出了 Hardin 破碎指标修正定义,并用以区分剪切过程中破碎的暂时和永久终止状态。 开展了系列模拟 堆石料固结排水大型三轴试验,提出了系列非线性关系用以描述模拟堆石料的级配、破碎指标以及应力–应变–体变响应变化规律。分析表明：随着围压增加,特征粒径减小而级配指标增加,试样级配变化明显;随着围压增加,峰值（或临界）状态破碎指标增加,相应的应力比和内摩擦角则减小,两种状态下破碎指标与内摩擦角具有唯一对应关系;同一剪切过程中,破碎指标变化率、剪胀率和塑性剪切模量具有非同步变化关系,由此形成了颗粒破碎对于模拟堆石料应力变形影响的复杂性。     

孔隙率对堆石料强度与变形的影响规律

针对拟建某300m级高土石心墙堆石坝所用堆石料,开展了不同孔隙率的大型静力三轴试验,分析了孔隙率对堆石料的强度和变形的影响。试验结果表明:随着孔隙率的增加,堆石料的峰值强度会减小,体积变形逐渐增大,剪切至峰值点时的剪切位移增大,剪切至出现最大体积变形的剪切位移也会增加,随着围压的升高,颗粒出现一定量的破碎;在邓肯–张和南水模型中表现为参数K,dn值的减小和n,dc,dR值的增大等趋势。分析其原因主要是:随着孔隙率的增加,颗粒内部空隙增多,颗粒间间距增大,颗粒间的接触点减少,在相同围压及剪应力作用下,体积变形增大,最大减缩体应变对应的偏应力也会增加;孔隙率的增加,颗粒间的间距增大,颗粒间的咬合作用减弱,导致堆石料的初始切线模量减小,颗粒抵抗外力的作用减弱,颗粒间内摩擦角与抗剪强度的减小。此外,5P(27)的含量对堆石料的强度和变形作用较为明显,孔隙率相同的情况下,峰值强度、最大体积变量、剪切至峰值强度点对应的剪切位移以及最大体积应变对应的剪切位移均会随5P(27)含量的增加会而增大。孔隙率的变化对堆石料强度和变形影响非常明显,建议堆石坝施工现场碾压时严格控制压实度以满足设计要求,确保大坝安全。     

非达西渗流惯性系数研究

 针对水电工程渗流分析的具体情况,在已有理论与试验研究成果的基础上,应用数值模拟试验的手段,得出有针对性的惯性系数β计算公式,讨论β值对非达西渗流场非线性现象的影响。这一方法的本质是对前述计算公式用数值试验的方法进行筛选,以获得适用于特定应用环境的计算公式。所得结论对非达西渗流的理论研究以及实际工程应用有重要意义。     

土石坝渗透系数反演计算研究

将智能算法引入渗透系数参数反演中,可以实现实时率定渗透系数,更好反映工程实际。本文将采用随机森林算法对支持向量机进行了修正,构造了改进支持向量机的土石坝渗透系数反演计算模型,并运用于某粘土心墙石碴坝计算中,计算结果表明:改进支持向量机方法较支持向量机法更为精确,整体较实测值偏大。该方法更好地反映渗透系数的实时性,具有一定的工程适用性与实际意义。     

堆石体应力变形的尺寸效应研究

 首先,基于前人的室内试验数据和随机散粒体不连续变形(SGDD)模型数值试验成果分析尺寸效应对堆石体瞬时变形的影响,结果表明：不考虑堆石体蠕变效应时,在相同的应力状态下,大尺寸试样的抗剪强度及抗变形能力均较小尺寸试样有所提高,表现出更“硬”的特点;其次,分别在尺寸为f50 cm×100 cm(颗粒最大粒径为10 cm)和f30 cm×60 cm(颗粒最大粒径为6 cm)的应力式三轴仪上进行堆石体蠕变试验,研究堆石体蠕变的尺寸效应,结果表明,尺寸效应对堆石体蠕变特性的影响显著,大尺寸试样的最终蠕变量明显大于小尺寸试样,而尺寸效应对蠕变速率因子λ的影响并无明显规律;最后,综合分析尺寸效应对堆石体总变形(瞬时变形+蠕变变形)的影响,从总体上看,大尺寸试样的总变形大于小尺寸试样。     

煤层气储层含水率对煤层气渗流影响的试验研究

 以晋城煤业集团赵庄矿3#煤层无烟煤制备的成型煤样为研究对象,设计煤样含水率对甲烷渗流的影响试验方案,利用自行研制的“含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验装置”,较真实地模拟在煤层气开采中煤储层含水率的变化对煤层气渗流的影响规律。研究结果表明：恒定温度和有效应力、不同含水率条件下,随着煤样含水率的减小,甲烷有效渗透率增大。在本试验煤体含水率范围内,煤体含水率与甲烷有效渗透率关系可用线性函数表述。煤储层中的水通过占据煤储层渗流孔隙空间,使煤层气运移喉道减小,使其运移困难。根据对试验结果的分析,理论上论证可以把注水湿润煤体作为防治煤与瓦斯突出的措施之一。     

混凝土水饱和程度影响因素的研究

混凝土水饱和系数直接影响其抗冻性和耐腐蚀性。本文采用对混凝土试件施加不同水压力的方法来研究混凝土的饱和系数。用正交方法分析研究不同压力情况下,水胶比、含气量和掺合料三个因素对混凝土水饱和系数的影响。     

基岩断层错动对心墙堆石坝的影响研究

用三维有限元法模拟木格措水电站心墙堆石坝坝址处基岩中的断层错动，分析断层错动对坝体尤其是坝体的防渗系统（包括土质心墙和混凝土防渗墙）的影响。计算模拟中，假定断层错动50cm，错动方向可以是竖直方向，也可以是水平方向。同时，将断层错动情况下的坝体应力变形性状与断层没有错动的情况进行对比分析。计算结果表明：坝基70m厚的覆盖层有明显的缓冲作用，可减轻断层错动变形向坝体的传递。断层错动后，上质心墙的应力水平略有提高，但大多提高0．4～0．6MPa。断层错动50cm对坝体包括坝壳和土质心墙本身不构成威胁，但将导致断层附近的混凝土防渗墙局部破坏。因此，防渗系统是否失效还需进行相关的渗流及渗透变形研究。     

水布垭面板堆石坝施工与运行性状反演研究

 利用水布垭大坝建设阶段堆石料的现场大型试验成果,以及施工期、蓄水运行期原型大坝的实际变形监测资料,采用免疫遗传算法反演得到堆石的邓肯E-B模型参数和增量流变模型参数;对施工期面板的脱空现象、初蓄水时和蓄水运行期大坝的结构性态进行验证分析;大坝长期运行特性的计算预测结果表明,大坝结构运行是安全的,我国200 m级面板坝的筑坝技术已日趋成熟。但是,由于水荷载作用下面板下卧堆石应力增长,使得蓄水运行期大坝上游堆石区的流变增加更为明显,导致面板出现挤压现象,需要引起重视。     

水分对煤体瓦斯吸附及径向渗流影响试验研究

 为了解水力化钻孔周围煤体瓦斯径向渗流特性,利用自行研制的径向瓦斯渗流试验系统,对青东煤矿突出煤层试样,进行干燥煤样、液态水润湿煤样、吸附瓦斯后高压注水煤样的等温解吸及径向稳态渗流试验。结果表明：(1) 相同平衡压力下,高压注水煤样等温吸附量高于干燥煤样,均显著高于液态水润湿煤样的吸附量。(2) 随含水率增加液态水润湿煤样等温吸附量逐渐降低,呈对数函数关系,得出各系数随吸附压力变化的拟合函数。(3) 相同覆压下,高压注水煤样瓦斯渗透率显著高于干燥煤样渗透率,液态水润湿煤样渗透率略低于干燥煤样渗透率;且液态水润湿煤渗透率随含水率增加而降低,在低瓦斯压力阶段尤为显著。根据试验结果分析水分对径向瓦斯渗流特性的影响机制,并指出水力化钻孔径向瓦斯流动经过原始解吸渗流区、压力水抑制解吸渗流区、液态水自然润湿解吸渗流区3个区域。     

接缝简化模型及参数对面板堆石坝面板应力及接缝位移的影响研究

通过大量的三维面板堆石坝有限元分析,研究不同止水结构形式对面板堆石坝面板应力和接缝位移的影响.在此基础上,建议简化的面板堆石坝接缝模型,简化模型具有简单的表达形式和较少的参数,方便面板堆石坝的有限元计算分析,可满足精度要求.通过对简化模型参数进行敏感性分析,建议简化模型参数取值范围和改善面板应力的工程措施.