高速公路浸水路堤渗透稳定特性试验分析

水的渗透破坏是影响浸水路堤稳定性的重要因素之一.通过对杭兰高速公路某沿河浸水路基填料开展渗透稳定试验,分析该填料的渗透破坏类型和临界水力坡降,判断路基渗流最不利位置处的渗透稳定性.结果表明:该填料的渗透破坏类型为过渡型管涌,临界水力坡降为0.656,在路基渗流最不利位置处的渗流坡降为0.571,大于填料允许水力坡降0....     

深基坑中的渗透变形和防治

本文通过对深基坑渗透变形机理的分析,详细地介绍了深基坑渗透变形的三种类型:流土、管涌和基坑突涌,总结了各渗透变形类型的判别方法,给出了相应的临界水力坡度的计算公式,针对深基坑渗透变形的防治问题给出了几点建议。     

均质无黏性土流土发生机制室内模型试验研究

通过室内砂槽模型试验模拟均质无黏性土垂向流土的发生发展过程,研究无黏性土发生渗透变形和渗透破坏过程中,土体渗透系数、水力梯度、渗透流量等参数的变化规律,分析土体渗透变形过程中优势流的产生、发展的循环过程,并通过对比试验研究了发生流土破坏后的土体经过一段时间自重固结后的抗渗强度。试验结果表明:均质无黏性土在渗流作用下发生渗透变形的过程中,有一个渗透系数不变的阶段。这一阶段土体中还没有形成优势流,土体处于稳定的安全渗流阶段。土体中优势流的空间可变性造就了一个优势流"形成→发展→消失→再形成"的循环过程,这种循环过程伴随着土体中不断的微小渗透变形。土体发生流土破坏后,破坏区域的土体出现了水力筛分现象,水力筛分过程改变了土体结构,降低了土体的抗渗强度。     

土石坝管涌破坏溃口发展数值模型研究

由于坝体、坝基本身的缺陷或者穿坝建筑物的影响,渗透破坏是土石坝常见的一种破坏形式,管涌破坏在渗透破坏中占有很大比例。前人虽对土石坝管涌进行了大量的研究,但对管涌发生后的发展过程及其破坏规律还缺乏深入的研究。首先通过对可动颗粒受力情况的分析,推导出可动颗粒的临界水力梯度和管涌发展过程中土体孔隙率的变化,然后采用水流运动能量方程推导出管涌发展过程中管涌通道流量和流速的发展变化过程,得出了管涌通道流量的计算方法以及孔流转化为堰流的控制条件。在此基础上,提出了一个模拟土石坝管涌发展过程的数学模型,该模型可同时考虑土体的颗粒级配和密实度对管涌发展的影响,建立流量、流速与孔隙率的变化关系,确定管涌过程中的流量过程线,与目前国内外已有的模型相比,更为合理地考虑土石坝筑坝材料性质对溃口发展过程的影响。已有的大坝溃口实测流量过程线证实了该模型的合理性。     

高细粒含量砂砾石料的渗透特性试验研究

开展了不良级配高细料含量覆盖层砂砾石料的渗透特性试验研究。结果表明：随相对密度和小于5 mm粒径颗粒含量的增加，渗透系数降低。渗透系数随相对密度的变化可用半对数公式描述，渗透系数随P<5含量的变化可用幂函数描述。通过归一化方法提出了渗透系数经验公式，可预测试验或文中建议范围内鄱阳湖覆盖层砂砾料的渗透系数。高细粒含量砂砾石料的渗透变形破坏方式主要为过渡型或流土型，随相对密度和P<5含量的提高，渗透变形破坏方式逐渐由过渡型趋向于流土型。     

粗粒土渗透变形特性的细观数值试验研究

为深入探究渗透变形对粗粒土渗透特性的影响,基于室内粗粒土渗透变形物理试验成果分析,利用颗粒流软件PFC3D对粗粒土的渗透性演化全过程进行细观数值仿真试验。数值试验研究成果表明:随着试验水头升高,试件中的细小颗粒从渗流"上游区"向"下游区"逐渐迁移、汇聚,形成渗透挤密区;渗透挤密现象的产生导致试件整体渗透系数减小;随着试验水头持续升高,渗透挤密区中的细颗粒在不断增加的渗透力作用下随水流被陆续带出,渗透系数逐渐增大。颗粒迁移导致原有孔隙增大,土骨架结构发生变化,进而导致粗粒土渗透性越来越大,最终形成渗透变形现象。细观数值试验方法可以较好地再现粗粒土的渗透变形过程。     

粗粒土孔隙特征及其对泥浆渗透性的影响

土的渗透性与其骨架构成的孔隙通道有本质联系。在假定粗粒土颗粒呈球形且粒径分布均匀变化的条件下,首先给出了同一粒组最密实状态的土粒体积和孔隙体积的确定方法;进而,依据最密实状态条件下各粒组土粒体积和骨架孔隙体积,从最小粒组到最大粒组,依次比较小于或等于某粒组土粒体积、骨架孔隙体积之和与大一级粒组的骨架孔隙体积,后者大于前者即出现架空空隙,提出了最大渗流单粒孔隙的确定方法。通过不同级配试样的泥浆渗透试验表明,随着最大渗流单粒孔隙的增大,依次出现入渗面形成泥皮和未形成泥皮两类孔隙特征粗粒土的泥浆渗透。在入渗面未形成泥皮条件下,随着最大渗流单粒孔隙的增大,泥浆渗流量逐渐增大;在形成泥皮的条件下,随着最大渗流单粒孔隙的增大,形成时间逐渐增长,泥浆穿透土样的渗径逐渐增大。验证了最大渗流单粒孔隙反映粗粒土渗透性的合理性。     

粗粒筑坝材料密实度的缩尺效应研究

 针对已有研究成果忽视密实度缩尺效应对粗粒筑坝料力学性质影响的问题,根据双江口300 m级土石坝堆石料的原平均设计级配曲线,采用4种不同缩尺方法得到室内干密度极值试验成果,利用粗粒筑坝材料的级配设计母线--Talbot曲线,引入分形几何理论,选取对级配性质较为敏感的Talbot公式的指数n以及反映颗粒形状与粗糙度的因子作为分形指标,解译粗粒料密实度出现缩尺效应的内在原因,为粗粒料级配构成对密实度影响的量化评价提供依据,克服以往只能利用不均匀系数和曲率系数进行模糊评价的缺点。利用PFC2D软件,结合混合法各缩尺比级配进行干密度极值数值试验,研究缩尺效应对粗粒料的相对密度、孔隙率的影响规律,并分析引起其差异的细观机制。     

土石混合体的渗透特性试验研究

土石混合体的物质组成以砾石与砂土、粘土等为主,受宏观构造和微观结构复杂性的影响,其渗透性极为不均匀。采用自制大直径常水头渗透仪,针对5种不同级配的土石混合体,通过渗透试验探讨了粗粒含量、细粒含量、不均匀系数、平均粒径等对其渗透特性的影响规律,并分析了管涌破坏的影响因素。     

双层堤基管涌破坏过程中上覆层渗透破坏发生发展的 试验与分析

利用室内试验模拟了刚性盖板下双层堤基渗透破坏的过程,研究了堤基发生管涌破坏后对上覆黏土层的影响。通过肉眼观察,照相机辅助拍摄及试验过程中测压管水位,流量和出砂量等的变化,分析了管涌过程中刚性盖板下黏土层破坏的发生及发展过程。堤基发生管涌破坏后,砂层上部细颗粒逐渐流失,形成强渗流通道并逐步向上游发展。渗流通道与上层黏土之间形成脱空,黏土层发生轻微沉降变形,在水流作用下产生不均匀变形导致黏土层中裂纹的产生并在水力劈裂作用下裂纹逐渐变成裂缝并越来越大,水流通过裂缝在塌陷黏土与刚性盖板之间急速流动,产生冲刷,破坏范围随管涌的发生向上游发展。黏土层的破坏促进了管涌的发生,而管涌通道不断向上游发展也加速了黏土层的破坏,两种过程相互作用,相互影响。     

毛细水上升高度综合试验研究

通过对12种不同粗细土料进行室内竖管法毛细水上升高度试验,得到毛细水上升高度与时间关系曲线,并分析了影响因素和变化规律。粗粒土毛细水上升高度与时间过程可用对数坐标下二次多项式回归方程进行模拟和预测,方程参量与反映土的颗粒组成和装填密实程度大小的物理指标密切相关。给出了各种粗细粒土毛细水上升稳定高度数据。对粗粒土建立了毛细水上升最大高度与其物理指标(有效粒径d10和孔隙率n)间的实用回归方程式。还将试验数据与以往常用的估计粗粒土毛细上升最大高度的海森等公式进行了对比,指出后者之缺陷和不足。     

应力状态下含黏粗粒土渗透变形特性试验研究

含黏粗粒土的渗透变形问题是水电工程中常见的渗透稳定性问题之一。对于含黏粗粒土来说,黏粒含量、颗粒级配及应力状态是影响渗透变形最重要的3个因素。为研究应力状态大小对含黏粗粒土渗透变形特性及临界水力梯度的影响,利用大直径渗透变形仪加载系统,完成了侧限条件下某含黏粗粒土在0.1,0.3,0.6,0.9 MPa铅直应力作用下的渗透变形试验。试验结果表明：不同应力状态下黏粒含量值的大小直接影响到含黏粗粒土的渗透变形破坏类型;试件中附加应力值越大,产生渗透变形时的临界水力梯度也越大。通过对渗透变形试验过程中渗透系数的演化过程研究,提出了利用渗透系数与水力梯度关系曲线的突变关系来判断临界水力梯度的新方法。     

Une protection naturelle contre l'infiltration des eaux météoriques: La barrière capillaire—Principe—Modélisation des transferts d'eau

A two layer device is presented, made by a fine grained soil over a coarse one. Integrated into the cover of a superficial storage made with natural materials, it can contribute to limitation of the water seepage. The hydraulic conductivity of an unsaturated soil is a function of its suction all the more decreasing as the soil is coarser grained. For a given suction at the level of interface fine—coarse grained soil, the hydraulic conductivity of the fine grained soil can be markedly higher than of the coarse grained soil underlaying. If a lateral drainage is favoured (inclined interface, draining trench), the fine grained soil can then be used as a drain for seepage water, the coarse grained soil making a watertight layer. The performances of such a device concerning water transfers as a function of the geometry and of the hydraulic characteristics of the soils are studied by using a numerical analysis of the water transfers based upon a two-dimensional model by finite differences.     

宽级配粗粒土的内部侵蚀试验及其稳定性判别

强降雨入渗条件下宽级配粗粒土中的细颗粒会由于孔隙流体的作用发生内部侵蚀。细颗粒的运移改变了土体的微观结构,土体的水力、力学性质随之变化。利用自行研发的刚性壁渗流侵蚀实验装置,对颗粒粒径介于0.002～10 mm的9种间断及连续颗粒级配粗粒土试样进行渗流侵蚀试验,提出一种新的基于试验的内部稳定性判别标准。实验结果表明:对于宽级配粗颗粒土,内部侵蚀改变了土体的渗透系数,最终导致渗透系数下降;粗颗粒的缺失导致内部稳定性降低,渗流作用下,连续颗粒级配土也可能是内部不稳定土;侵蚀土颗粒累计质量可以度量土体内部稳定性,在容许水力梯度范围内侵蚀量超过总质量5%的土体可划分为内部不稳定土;Kezdi几何标准更适用于评价宽级配粗粒土的内部稳定性。     

唐家山堰塞体渗流稳定及溃决模式分析

 在准确获取唐家山堰塞体地质结构(从上到下依次为①层碎石土、②层块碎石和③层似层状碎裂岩3层结构)及相关渗透参数基础上,采用Visual Modflow可视化三维软件,模拟4种堰塞湖水位(710,720,730和740 m)条件下不同土层的渗流速度和渗透坡降,表明由于②,③两层颗粒粗大、渗透性好,总体表现出稳定流的渗水特点,整体坡降变化稳定,中间不会出现如低渗透黏性土的紊流状态、渗透坡降出现拐点以及管涌渗透特点。而下游侧①层碎石土由于沿第③层形成的贯通性渗流在下游侧穿越该层渗出形成的最大坡降会大于允许坡降,将导致堰塞体下游发生零散或局部渗流破坏,且临界堰塞湖水位为726 m。随堰塞湖水位抬升,整个堰塞坝体出现的溃决模式为：下游侧表层碎石土层因渗透破坏和溯源侵蚀,同时因进口段地表水流漫顶淘刷,最终导致上部第①层碎石土被侵蚀、淘刷带走。随着第①层被淘刷、水流速度加大又进而会带动第②层块碎石被逐渐冲刷下切,但不会发生整体溃决,而第③层似层状碎裂岩将保持稳定,侵蚀和淘刷的下限深度就是第③层似层状碎裂岩顶部。     

FE MODELLING OF SEEPAGE IN EMBANKMENT SOILS WITH PIPING ZONE

1INTRODUCTIONInChinathisyear,unusuallarsefloodinSoccurredinYangtzeRiverandotherriversinthenorthernregionandthesoutherneastreStonsofChina.Itwasreportedthatpipinscausedanumberofriverembankmentfailures.Thestudyonthepipingmechanismandmitisationmeasuresisthereforeveryimportant.Failurebypipinsmeansthatstructuresonfoundationsoilshavefsiledbytheapparentlysuddenformationofapipeshapeddischarsechannelortunnellocatedinthesoilsorbetweenthesoilsandthefoundation.Astheretainedwaterrushesoutofthedamore…     

不同竖向应力和剪切位移下砂砾石与砂双层土渗透试验

目前很多高土石坝直接坐落在覆盖层上,修建坝体后,会使坝基覆盖层产生较大的应力和剪切位移,对覆盖层的渗透稳定有极大的影响。因此有必要开展考虑应力和剪切位移影响的坝基覆盖层渗透特性试验研究。利用粗粒土大型高压水平渗透仪,考虑竖向应力和剪切位移的影响,对砂砾石和砂双层土进行渗透试验研究,探讨了砂砾石和砂双层土试样的渗透性和抗渗坡降随竖向应力和剪切位移的变化规律,将渗透破坏的发生和发展分为稳定、过渡和破坏三个阶段。试验结果表明:随着竖向应力的增大,砂砾石和砂双层土的渗透系数逐渐减小,而细颗粒的启动坡降和试样的破坏坡降则逐渐增大。随着剪切位移的增大,砂砾石和砂双层土的整体渗透系数先减小后增大,破坏坡降先增大,后迅速减小。无剪切位移以及剪切位移较小时,细颗粒的启动坡降和试样的破坏坡降之间的过渡阶段较长;而发生大的剪切位移后,启动坡降和破坏坡降之间的过渡阶段大大缩短,达到启动坡降后很快就会出现渗透破坏。     

多层堤基中土层结构变化对管涌影响的试验研究

不同土层结构的堤基,管涌的发生和发展情形不同。利用室内试验,通过改变下伏砂层内夹砂层的级配组成,对3种不同夹砂层的多层堤基进行了管涌破坏过程的模拟,研究了不同颗粒级配组成的夹砂层对管涌发生及发展过程和机理的影响。试验结果表明,多层堤基夹砂层均为细砂时,承受的水压力较大,临界水力梯度较高,一旦发生管涌破坏后其渗透流量、涌砂量以及破坏范围都比较大,所以此类堤基发生管涌破坏时具有一定的突然性和剧烈性,应及早采取防治措施;夹砂层均为粗砂时,管涌破坏时的情形与双层堤基类似,管涌破坏的范围局限于砂砾层顶部,破坏深度有限;夹砂层为细砾时,发生管涌破坏的临界水力梯度较小,管涌破坏程度逐步增加且破坏速度较快,由于涌砂量较大容易使堤基产生明显的渗透变形。