非饱和土体渗流参数研究

土石坝渗流分析的重要任务之一为防止发生渗透破坏。以往的研究由于对非饱和土体渗流参数的理论研究不足,主要集中在对坝体饱和渗流的分析,不能真实反映土石坝渗流动态情况。采用土壤特性计算软件初步确定非饱和渗流参数。结合前人研究可靠的Fredlund数学模型和VG数学模型,运用1stOpt数据分析处理软件分别对土-水特征曲线及非饱和渗透系数曲线进行数据拟合及修正,结果表明:拟合相关系数满足精度要求,运用相应拟合结果进行非饱和土体渗流计算是合理可行的,其拟合结果可用于非饱和土的渗流计算。更多还原     

基于多场耦合的膨胀土边坡非饱和降雨入渗分析

膨胀土非饱和渗流的过程伴随着膨胀应变的产生。探明多场耦合作用下膨胀应变对膨胀土边坡非饱和降雨入渗的变化规律至关重要。基于有限差分渗流理论、降雨入渗模块的二次开发和膨胀应变的施加,采用C++和FISH语言编制程序,将膨胀应变引入非饱和土的流-固耦合模型,提出了一种综合考虑膨胀应变和应力应变的非饱和膨胀土多场耦合分析法,通过算例实现了降雨入渗条件下膨胀土边坡非饱和渗流的数值模拟,并探讨了膨胀应变对饱和度和暂态面积比的影响规律。研究表明,膨胀应变对膨胀土边坡非饱和降雨入渗的过程影响显著,其降雨入渗深度、湿润锋扩展速度和暂态饱和区时空分布受膨胀应变的控制,考虑膨胀应变时暂态面积比变化的雨后时间滞后性强于不考虑膨胀应变时。     

三峡库区某滑坡土非饱和松弛特性 试验研究及模型建立

为了解基质吸力对非饱和土松驰特性的影响,利用GDS非饱和三轴仪的高级加载模块对三峡库区某滑坡土样开展了不同基质吸力的非饱和松弛试验,选取了与试验松弛曲线较一致的指数函数、对数函数、幂函数分别进行了曲线拟合,在对3种拟合结果进行对比分析基础上,确定了拟合精度最高的幂函数作为松弛模型,并分别求出了不同基质吸力作用下松弛曲线的模型参数。同时分析了各模型参数与基质吸力之间的相关性,并建立了模型参数与基质吸力之间的关系函数,据此建立了能反映基质吸力影响的非饱和土松弛模型。     

基于分形理论的非饱和土多相流相对渗透系数模型

相对渗透系数是描述非饱和土水力特性的重要参数之一,然而在传统非饱和土相对渗透系数研究中着重研究了湿润相的渗流特性,而非湿润相的渗流特性研究较少。为研究非饱和土壤多相流运移特征,将土壤孔隙简化为一簇服从分形定律的迂曲毛细管,通过建立液相与气相在多孔介质中的输运特征模型,结合Young-Laplace方程与Buckingham-Darcy定律得到了非饱和土的液相与气相的相对渗透系数模型。该模型仅包含2个参数,其物理意义明确且均可通过试验测得。最后通过8组试验数据对提出的模型进行验证,结果表明提出的模型可较好地描述非饱和土多相渗流特征,验证了其合理性与适用性。     

FLAC3D在土石坝地震反应分析中的应用

利用FLAC3D动力弹塑性模型对土石坝进行了地震反应分析,着重讨论了FLAC3D进行土石坝地震反应分析时的地震波滤波和基线校正、动力边界条件设置、瑞利阻尼参数确定等关键问题,并用FISH语言实现了坝体初始剪切模量和体积模量随平均主应力的非线性变化。分析结果表明,在地震荷载作用下,该土石坝发生了22.3 cm的竖向永久变形,坝顶加速度放大了2.9倍。     

模拟非饱和流的新型相对渗透系数模型

相对渗透系数是非饱和土渗流特性研究普遍关注的重要内容。依据非饱和土体渗流滞后效应机理,考虑土体孔隙不均匀性引起滞后效应问题,采用分形理论和白汉金-达西定律,构建了能够反映非饱和流滞后效应的土-水特征曲线模型,并在此基础上导出了一个新型的非饱和流相对渗透系数模型。所提出的模型形式简单,仅包含1个参数。结合5组代表性的相对渗透系数试验数据,验证了所提出的模型的合理性,并与Assouline模型比较,结果表明所提出的模型拟合结果整体上要优于Assouline模型。     

应力作用下非饱和土土-水特征曲线研究

总结有关土-水特征曲线的研究成果,利用非饱和土固结仪进行非饱和重塑粘土试样的土-水特征曲线试验,分析了竖向压力和固结压力对土-水特征曲线的影响,并利用Fredlund 3参数模型对试验数据进行拟合。研究结果表明,竖向压力越高,土-水特征曲线越平缓,空气进入值越大,同吸力下的土体饱和度越大。固结压力的影响与竖向压力相似。     

复合土钉在软土基坑支护中的FLAC3D研究

结合广州番禺某酒店基坑支护工程,利用FLAC3D有限差分软件,对深层搅拌桩与微预应力土钉的复合土钉支护结构进行施工进程三维动态模拟,并通过与现场实测结果进行对比与分析,研究复合土钉支护在施工及使用阶段的工作性状,进一步揭示预应力锚索复合土钉支护的作用机理,以实现对基坑边坡变形的准确模拟和预测.     

基于无单元Galerkin法的饱和—非饱和土石坝渗流正演模拟

在土石坝渗流正演模拟中,仅研究饱和区域的渗流场并不能全面真实地反映出土石坝地下渗流状态,非饱和渗流区域的研究同样至关重要,利用无单元Galerkin法对饱和-非饱和渗流域进行求解。首先从达西定律出发,推导了渗流方程及边界条件,其中详细推导了无单元Galerkin法——通过滑动最小二乘法构造形函数,同时利用罚函数的方法计算边界条件。然后,通过与GeoStudio软件计算出的仅饱和渗流场以及饱和-非饱和渗流场进行比较,证明了该方法的准确性及有效性。最后,通过不同的均质和非均质模型,研究了坝体中零压力线、水头值、孔隙压力、含水率的分布。无单元Galerkin法只需要通过节点来实现对全域渗流场的精确逼近,解决了对网格单元的依赖问题,与其他数值方法相比,其具有前期处理数据简单和精度高的优点,更适合稳定饱和-非饱和渗流场这种复杂情况的正演模拟。     

应力作用下非饱和重塑黏土土水特征曲线研究

利用最新研制的全自动非饱和土固结仪,研究了竖向应力对非饱和重塑黏土土水特征曲线的影响,并采用FX模型,通过最小二乘法对试验结果进行拟合。结果表明,竖向应力越大,试样的空气进入值越大,曲线越平缓,水越难排出,相同吸力下含水率越高。FX模型可以较好的描述本次试验各组试样的土水特征曲线。通过分析拟合参数,提出一个只与竖向应力有关的土水特征曲线经验公式。     

基于双剪理论的饱和/非饱和渗流边坡稳定性分析

根据Bishop非饱和有效应力假定建立了适用于非饱和土的双剪统一强度理论。基于非饱和土双剪统一强度理论使用二维显式有限差分程序FLAC,以某边坡模型试验为例,考虑土体强度的中间主应力效应及渗流的影响,分析了地下水位升降导致的饱和/非饱和渗流条件下边坡稳定性分析问题。饱和及非饱和渗流的计算分析均说明忽略中间主应力效应的计算结果与边坡模型试验结果不相符。地下水位下降过程中,按相关联流动法则计算得出边坡只存在一条滑动面,而非相关联流动法则计算结果显示边坡存在多条滑动面。     

考虑非饱和区影响的土石坝渗流有限元计算

传统的有限元饱和渗流计算往往把渗透系数取作定值,而实际上非饱和土渗透系数呈非线性函数关系,与体积含水率、孔隙水压力密切相关.基于饱和-非饱和土渗流计算模型与原理,本文考虑渗流场非饱和区对堤坝渗流的影响,对某土石坝进行了渗流有限元计算与分析.算例结果表明,应用该思想与方法计算土石坝渗流,可以获得较为准确合理的渗流场计算结果.     

降雨渗流对靠崖窑土体结构的稳定性分析

研究降雨渗流对靠崖窑土体结构的影响,运用有限差分数值软件FLAC3D对台梯型5孔一列半圆拱靠崖窑进行了应力场一渗流场耦合的有限差分数值模拟计算,通过孔隙水压力、垂直位移和塑性区的结果表明,在降雨渗流条件下,加强下台梯窑洞的稳定性是最关键的环节.     

渗流对高崖头隧道围岩稳定性影响的数值模拟研究

隧道开挖过程中,地下水渗流作用对围岩的稳定性存在较大影响。针对洛阳至栾川高速公路高崖头隧道的具体情况,采取有限差分软件FLAC3D,建立三维模型,研究了考虑渗流作用和不考虑渗流作用情况下围岩的位移值,并与现场监测值进行对比验证,进而利用数值模拟的结果分析了隧道围岩的稳定性。研究结果表明:在考虑渗流作用下拱顶下沉和周边位移均大于不考虑渗流作用的情况,与现场监测值更为接近,隧道围岩处于稳定状态,研究结果对施工实践有一定的指导作用。     

黄土滑坡地震液化数值模拟分析——以宁夏石碑塬滑坡为例

以宁夏石碑塬滑坡为研究对象,在工程地质测绘和试验测试的基础上建立了有限差分数值模型,对该黄土坡液化过程进行了模拟。分析结果表明：该黄土边坡在天然工况下处于稳定状态;在地震作用下,非饱和黄土几乎没有液化现象,而在地下水位附近的饱和黄土易发生液化,导致其物理力学参数降低,即使在很缓的角度下也易产生边坡失稳;地震结束之后,由于液化导致孔压比减小,黄土渗透性较之前更低,边坡的孔隙水压力消散缓慢,滑带强度恢复也缓慢,易产生长距离滑动。      

基于非饱和土理论的引水渠道防渗设计

针对基于非饱和理论的引水渠道的防渗设计问题, 介绍了基于有限元法的分包和和土水模拟软件 SEEP/ W, 并用 SEEP/ W 对现场中典型的黄土区段的引水渠道进行了模拟。通过对比实测数据与室内试验数据, 对模型中风 积黄土的渗透系数函数及土水特征曲线进行了校正, 结果表明, SEEP/ W 可以很好的模拟引水渠道中所涉及的非 饱和土暂态流问题。在校正后的模型基础上, 针对引水渠道的渗漏问题, 提出了两种防渗方案: ( 1) 防渗层加灰土垫 层( 2 m 厚) ; ( 2) 防渗层加灰土垫层加渠底原土翻夯(3 m 厚) 。采用实验室所提供的防渗材料的参数, 耦合了应力 场及位移场对引水渠道进行了全面多工况的分析, 验证了两种防渗措施均能够有效减少引水渠道的渗漏, 而原土翻 夯对渠道的整体均匀受力有利。     

湿陷性黄土渠道浸水变形的数值模拟

天然土体一般具有原始结构，在其结构被破坏前后会表现出不同的力学特性，这些特性很难用传统的弹塑性理论来进行模拟。本文提出能够反映胶结和吸力两个因素影响的结构性黄土本构模型，采用损伤函数和屈服函数反映天然黄土的湿陷变形。这一模型把变形过程中的天然黄土看作不同大小土块的集合体，总的变形由土块的弹性变形、土块之间滑动引起的塑性变形和土块破碎引起的损伤变形三部分组成。塑性变形常用屈服函数描述，损伤变形则引入一种类似的损伤函数加以描述。本文在严格的非饱和土力学理论的基础上，开发相应的有限元程序，模拟一个黄土渠道典型断面的湿陷变形，分析了黄土渠道浸水变形的基本特性。     

FLAC3D在边坡稳定分析中的应用

针对极限平衡法对边坡进行稳定分析时不能解决边坡分析的变形问题。利用FLAC3D软件内嵌的强度折减法对某一土质边坡进行数值模拟。通过模拟可以得到边坡的安全系数以及边坡土体的应力场、位移场的变化规律,得出最大位移所在的位置。结果表明,FLAC3D在解决边坡稳定分析的变形方面有着较大的优势。     

材料非饱和对尾矿库三维渗流影响分析

基于非饱和土渗流理论,针对云南省一尾矿库,采用ＭＩＤＡＳ／ＧＴＳＮＸ有限元分析软件建立了尾 矿库三维渗流有限元模型,得到了正常工况和洪水工况下尾矿库浸润面位置和孔隙水压力分布规律。 并在此基础上,将考虑材料非饱和特性渗流计算结果与不考虑材料非饱和特性渗流计算结果进行了对 比分析,初步探讨了材料非饱和特性对尾矿库安全稳定运行的影响。结果显示,材料非饱和特性对尾矿 库渗流规律的影响显著,不利于尾矿坝的安全稳定运行。     

复合土工膜缺陷渗漏试验的饱和-非饱和渗流有限元模拟

介绍了复合土工膜缺陷渗漏量室内物理模型试验以及缺陷渗漏量的经验拟合公式等成果。应用非稳定饱和-非饱和渗流理论和Galerkin有限元法,建立了三维有限元数值计算模型,对该试验进行数值模拟。根据物理模型试验试样的轴对称性,选取中心角10度的试样建立精细三维有限元模型,详细模拟了室内试验条件下不同压力水头作用的渗漏在砂土试样中变化情况,并计算了渗漏达到稳定时的渗漏量。数值模型计算成果与物理模型试验结果变化规律一致,论证了数值饱和-非饱和渗流方法可以较好地模拟复合土工膜缺陷渗流场,并计算缺陷渗漏量。