散粒土管涌临界水力梯度的研究

针对传统管涌判别方法的局限性问题,通过对渗流场中土体孔隙通道内的可动颗粒进行力的平衡分析,得到管涌发生的临界水力梯度表达式。在进行颗粒受力分析时,根据流体力学中相对运动原理,通过静水中运动物体之间的相互作用力,进而推求出受周围颗粒影响的水流拖曳力大小。该判别方法除了考虑周围颗粒对起动颗粒水流拖曳力的影响,同时还考虑了颗粒半径、孔隙率、土体组成、土颗粒所处的位置及孔隙水流方向等各方面因素的影响,最后比较该方法计算的理论值与既有管涌试验结果,两者吻合度较好。研究成果可为散粒土管涌临界水力梯度的确定提供理论依据。     

初始细颗粒含量对内部不稳定土体潜蚀机制影响的可视化试验研究

鉴于当前对不同细颗粒含量条件下土体潜蚀过程中土体内部的颗粒运移行为及渗漏通道的形成过程等细观机制的认识尚不清楚,基于平面激光诱导荧光技术(PLIF)的潜蚀可视化试验装置,开展了5组不同初始细颗粒含量土体的潜蚀试验,并探讨了透明土与实际土试验结果的相似性问题。结果表明,细颗粒含量较大时,颗粒移动过程具有明显的倾向性,渗漏通道的形成先出现在下游出口,然后逐渐向其上游侧扩展,最终上下游完全贯通;细颗粒含量较少时,颗粒移动具有较强的随机性,整个试验过程中,均未出现明显的渗漏通道;当配制的透明土熔融石英砂颗粒的粒径为天然土颗粒粒径的4倍时,两者的渗透性比较接近,具有较好的相似性;实际工程中,应重视初始细颗粒含量较高的内部不稳定土体,此类土体一旦发生潜蚀,更容易诱发不均匀变形,威胁工程安全。     

矩形微通道内流体流动特性的数值研究

对矩形微通道实体模型进行简化处理,并建立微通道内流体流动的数学模型.设定矩形微通道水力直径Dh=120～480 μm,入口雷诺数Re=ll.9～3 817.1,以20℃蒸馏水为流动工质,借助FLUENT分别对不同水力直径的三组矩形微通道内流体流动特性展开数值模拟研究,并将数值模拟结果与理论预测值及其他学者的研究结论进行对比.结果表明:随着微通道水力直径的减小,摩擦阻力系数、速度梯度和压强梯度都呈现增大趋势;在微尺度下,矩形微通道内临界Re提前,而且水力直径越小,临界Re值越小.     

陕西渭北黄土浸水饱和前后孔隙变化规律

为探求天然黄土浸水饱和前后孔隙变化的规律,以天然及浸水饱和后的陕西渭北黄土为例,分别进行压汞试验、扫描电镜试验、粒度分析试验,研究了原状黄土的微观结构及浸水饱和前后孔隙变化特性。结果表明,天然及浸水饱和两种状态土体均含有大量椭圆状颗粒,其点接触为颗粒间连接的主要形式,同时也存在微胶结形式,架空孔隙存于土体内部,并伴有镶嵌孔隙;浸水饱和后由于水的溶解作用等原因,黄土孔隙体积、比表面积均大于天然黄土;同时探讨了黄土在不同状态下的孔隙特性,进一步揭示了孔隙变化与湿陷性的关系。     

环渤海平原区咸水源热泵系统对含水层孔隙结构变化的影响

针对环渤海平原区地下咸水层孔隙结构与矿物构成的特殊性,通过物理模拟试验,结合胶体稳定性理论,揭示咸水源热泵系统运行过程中引起咸水介质堵塞的诱导机制,探索咸水层孔隙结构的变化规律。研究结果表明:在含水介质的机械组成与孔隙结构相近的条件下,将咸水层原砂渗流砂柱与人造含水介质渗流砂柱进行比较,咸水层原砂渗流砂柱中各渗流单元相对渗透系数K/K0的变化时间相对滞后,试验结束时,两类渗流砂柱的K/K0分别为82.6%,109%,累计释放颗粒的质量分别为121,169 mg;利用CT扫描技术发现,在渗流试验过程中,咸水层孔隙结构呈现出非均质性的变化规律;由于含水层中的微小颗粒具有显著的胶体性状,因此含水层中颗粒间的静电作用力会使这些颗粒的稳定性得以增强;颗粒矿物构成与形貌特征是造成咸水介质孔隙结构变化的主要影响因素。     

SO_2气体在微孔CaO脱硫剂颗粒内的Knudsen扩散

从稀薄气体效应出发,通过对SO2气体分子在CaO脱硫剂颗粒内微尺度孔隙中气体动力学扩散机制的描述,对有效扩散系数进行了修正,建立了基于团聚体概念的Knudsen扩散数学模型,利用误差函数进行求解和简化,得到其函数关系.模拟分析显示:SO2气体分子通过Knudsen扩散向颗粒一级气孔、二级气孔内渗透时,分形孔隙和较大的一级气孔孔隙率都能增大气体向内扩散的阻力,促使径向SO2浓度分布梯度增加.结果表明,分析气体在CaO颗粒内扩散时,忽略气固化学反应等因素而只考虑Knudsen扩散是可行的.     

地下水源热泵物理阻塞系统介质长度改变时沉积特性参数研究

介绍针对地下水源热泵系统阻塞机理研究开发的砂层阻塞模拟试验系统。通过对玻璃珠颗粒和砾石颗粒的对比性试验得出:砾石颗粒间的不均匀性为颗粒的沉积提供了"温床",孔隙孔道的不连续和不均匀性有利于悬浮颗粒的沉积,在不同长度的试验箱体中,流体速度与悬浮颗粒沉积率呈现出不同的变化关系。悬浮颗粒恢复率与流体速度以及试验箱体长度间的变化关系也呈现出增减不同的变化。     

干湿循环条件下重塑黄土强度与持水特性的试验研究

库水位升降使得库岸边坡经受反复干湿循环的影响,土的强度与持水特性会随之产生不可逆转的变化。为此,通过对重塑黄土进行反复干湿循环下的直剪、离心和核磁试验,综合分析了土样强度特性、持水特性及孔隙特性的相互影响规律。结果表明,经过3次循环土样抗剪强度具有稳定趋势,粘聚力幂函数趋势减小,内摩擦角线性减小。干湿循环会增大持水曲线的初始饱和含水率与失水速率。第1次循环时基质吸力增大明显,2次循环后持水曲线相对稳定。核磁试验测得土中孔隙含量先快后慢增长,且第2次干湿循环峰谱达到最高。最后对比分析了孔隙—水力—强度的相互影响机制,指出孔隙变化是持水特性和强度参数劣化的内在原因。     

吸力式桶形基础负压安装的渗流侵蚀过程研究

针对吸力式桶形基础负压安装渗流侵蚀效应,建立轴对称坐标下吸力桶在砂性土中负压沉贯的数值模型,应用包含土骨架、流体和液化土颗粒的三相耦合模型描述海床土体,计算负压作用下海床的渗流场分布,并模拟负压引起的渗流侵蚀过程.渗流侵蚀可改变不同区域土体的渗透率,进而引起水力梯度从内侧向外侧转移.基于孔隙水压力场的重新分布,揭示出负...     

隧洞开挖引起地下水运动的子模型法数值模拟

基于ANSYS的APDL的二次开发,采用子模型技术处理隧洞开挖后形成的自由面.并以九里湾隧洞为例,分析了隧洞开挖后,隧洞周围孔隙水压力、渗流场流动矢量等分布特征.结果表明,在洞室开挖后形成的自由面所有节点中,洞室的四个角点处的水力梯度较大,其中边墙与顶拱的交叉处节点及边墙在底板稍往上节点处的水力梯度最大,顶拱自由面节点的平均水力梯度最小,为隧洞开挖的排水设计提供了理论依据.     

Unsteady seepage solutions for hydraulic fracturing around vertical wellbores in hydrocarbon reservoirs

This paper establishes an analytical model to study the influence mechanism of hydraulic fracturing around vertical wellbores under the unsteady seepage in hydrocarbon reservoirs, deduces the analytical solution of water pressure and hydraulic gradient of the model, and compares the law of water pressure and hydraulic gradient changing with time with the results of numerical simulation. The results confirm the accuracy of these analytical solutions. The variation laws of water pressure and hydraulic gradient in the sample under unsteady seepage are analysed by using the COMSOL Multiphysics software. The results show that: the increasing rate and amplitude of water pressure decrease with the distance of water inlet, however, hydraulic gradient near the water inlet is the largest and decreasing with the distance. In order to better understand the mechanism of hydraulic fracturing of rock mass, we studied the influence of permeability and water injection pressure on water pressure and hydraulic gradient of rock mass. The results show that: large permeability coefficient and high hydraulic gradient will increase the probability of rock mass hydraulic fracturing. The permeability and hydraulic gradient of rock mass is important factor in determining whether the rock has hydraulic fracturing. The distribution law of water pressure and hydraulic gradient in rock mass under unsteady seepage provides important reference and basis in hydrogen developing reservoirs.     

古贤水利枢纽工程重力坝典型坝段地基渗流分析

古贤水利枢纽重力坝典型坝段地基地质条件复杂,剪切带发育多且渗透性较强,在上下游高水头差的作用下,具有潜在的渗透破坏,且影响防渗排水系统的渗流控制效应,因此选取了重力坝典型坝段,评价了地基的渗流场分布特征和防渗排水系统的渗流控制效应,对渗控体系进行了优化设计。结果表明,渗流经过防渗帷幕和排水孔的排水降压作用后,地基的孔隙水压显著降低,防渗排水系统的渗控效果显著;排水孔底和穿过剪切带的排水孔附近的渗透坡降相对较大,易发生渗透破坏;副排水孔和辅助排水孔的设置对坝段的单宽渗漏流量影响较大。     

金佛山混凝土面板坝二维渗流计算分析

针对渗透水流对土石坝坝体、坝基的渗透破坏危害性极大问题,以金佛山水电站混凝土面板堆石坝为例,根据地质条件和渗流控制特点建立平面二维有限元计算模型,模拟了坝体在不同水位组合条件下的渗流场,研究了渗透破坏的可能性,并分析了防渗帷幕及坝基渗透系数的敏感性。计算结果表明,各种水位组合下混凝土面板及防渗帷幕起主要阻水作用,水力比降大,渗流场分布对防渗帷幕及坝基渗透系数不敏感,渗流流量相对敏感,为坝坡安全性和渗流稳定性评估提供了依据。     

百色水利枢纽银屯副坝渗流分析

百色水利枢纽在蓄水运行以来,银屯副坝左垭口和右垭口的渗流特性表现出较大差异。为分析此差异,依据坝体渗流渗压、绕坝渗流和坝后渗流量监测数据,从渗压水位变化过程、渗压水位与上游水位相关性、坝体浸润线等方面,分析并评价大坝渗流特性与渗流状态。结果表明,右垭口可能存在通过右岸山体与上游库水相通的渗漏通道。该方法可为同类工程监测资料分析提供借鉴。     

基于流固耦合的高压混凝土隧洞衬砌结构配筋研究及应用

当采用面力理论计算新疆阿尔塔什水利枢纽工程的发电引水隧洞的配筋量时,衬砌含筋量巨大,与实际情况不符合。对此,采用岩体弹塑性渗流—应力—损伤耦合模型,将动态变化的体积力施加于整个模型,得出混凝土衬砌应变情况,根据衬砌应力按照现行规范进行限裂配筋。计算得出了围岩、衬砌的渗流场、应力场和相应的水力梯度以及最高外渗水头。结果表明,考虑流固耦合下的高压隧洞衬砌应力小于面力理论计算的成果,且前者计算出的混凝土衬砌配筋量远小于后者的计算结果。研究成果可为类似隧洞设计提供参考。     

库水位变动速率对某水电站坝前倾倒变形体稳定性的影响

澜沧江上游某电站坝前大面积发育倾倒变形体,边坡中的地下水对其稳定性有重大影响。为此,运用二维饱和—非饱和渗流有限元分析程序SEEP/W,并联合极限平衡法分析库水位变动期间库水位变动速率对倾倒变形体边坡渗流场及其稳定性的影响机理及规律。结果表明,水位变动速率对倾倒变形体的瞬时渗流场有较大影响,坡体表面形态在水位变动期间,对其水力梯度影响较为明显;水位上升阶段,水位变动速率与倾倒变形体稳定性呈现正相关关系,水位上升速率由0.5 m/d增大至5 m/d,稳定性系数上升了0.7%～20%,而水位下降阶段,水位变动速率与其呈现负相关关系,堆积体稳定性系数降低0.6%～1.6%,且其存在临界速率（2.0 m/d）、水位（死水位以上3/8坡高处）,速率、水位超过其临界值之后,稳定性变幅明显放缓甚至出现回升。     

库水位变动速率对某水电站坝前倾倒变形体稳定性的影响

澜沧江上游某电站坝前大面积发育倾倒变形体,边坡中的地下水对其稳定性有重大影响。为此,运用二维饱和—非饱和渗流有限元分析程序SEEP/W,并联合极限平衡法分析库水位变动期间库水位变动速率对倾倒变形体边坡渗流场及其稳定性的影响机理及规律。结果表明,水位变动速率对倾倒变形体的瞬时渗流场有较大影响,坡体表面形态在水位变动期间,对其水力梯度影响较为明显;水位上升阶段,水位变动速率与倾倒变形体稳定性呈现正相关关系,水位上升速率由0.5 m/d增大至5 m/d,稳定性系数上升了0.7%~2.0%,而水位下降阶段,水位变动速率与其呈现负相关关系,堆积体稳定性系数降低0.6%~1.6%,且其存在临界速率(2.0m/d)、水位(死水位以上3/8坡高处),速率、水位超过其临界值之后,稳定性变幅明显放缓甚至出现回升。     

三道湾水电站坝基渗流分析

在无量水堰的前提条件下,为监测三道湾水电站坝基渗流量,在坝后覆盖层中布设测压管监测系统,在满足一定误差要求的条件下,依据水力坡降法推导出三道湾水电站坝后河床渗流量计算公式,计算得出2012年汛期坝后河床平均渗流量为58.06 L/s,并基于坝后渗流的影响因素,提出增设坝肩绕渗监测系统的建议。