排水孔和防渗墙对导流坝水力坡降和扬压力的影响

在多孔基础上建造的导流坝等水工结构中,上下游之间的水位差会造成渗水现象,从而导致水工结构地板的混凝土表面出现裂缝。本研究通过实验和数值方法研究了排水孔和防渗墙对导流坝下扬压力和水力梯度的影响。结果表明:在水力梯度和扬压力方面,距离坝趾最近的二元组合排水孔1^(#)2^(#)具有最佳的性能,15cm防渗墙和排水孔的同时使用明显改善了坝下渗流现象的水力条件。综上,同时使用防渗墙和排水孔组合1^(#)2^(#)非常有效地控制了水力梯度和扬压力的渗流损失。

水位骤降条件下有密集排水孔大坝三维渗流场数值模拟研究

对于坝坡布置密集排水孔的工程渗流问题,水位骤降条件下密集排水孔排水效果及坝体和坝基内三维渗流场分布是工程设计人员关心的重要问题。针对坝坡布置排水孔的渗流行为,提出了密集排水孔在水位骤降下渗流状态改变的处理方法。并详细论述了改进的截止负压法求解饱和-非饱和渗流场、排水子结构法和排水孔开关器等精细模拟排水孔的关键技术。工程实例表明,采用该方法可以有效地解决水位骤降下上游坝坡布置密集排水孔三维渗流场的精细数值模拟问题。

边坡俯倾排水孔负压排水法研究

实时排出坡体地下水可减少降雨诱发型滑坡灾害的发生。仰斜排水孔是滑坡治理中常用的排水方法,但排水孔的淤堵问题影响了排水的效果,其使用的耐久性也得不到保证。论文提出一种俯倾排水孔负压排水法,将钻孔分为下部透水孔段和上部注浆封闭孔段,中间使用止浆体分隔,虹吸排水管穿过注浆封闭孔段进入透水孔段的底部。当坡内地下水位上升,引起排水管进水口的水头高程大于钻孔的孔口高程时,虹吸排水自然启动并在透水孔段内产生负压,从而加快排水速度。负压排水过程的抽吸作用可将孔内淤积物排出,而封闭孔段将钻孔透水孔段与大气隔离,有利于解决化学淤堵问题和生物淤堵问题。论文首先定性分析了该方法的作用原理和应用可行性,再在恒定水头条件下,进行了负压和排水能力的物理模型试验。试验表明:(1)排水过程可以产生必要的孔内负压条件;(2)排水一段时间后,透水空腔内的压强值不再变化,排水流量基本稳定;(3)增大排水管径或增大排水口与透水空腔高差,可使透水空腔内产生更大的负压值,从而提高排水效果。因此该方法是一种新型有效的排水方法,有较好的工程应用价值。

大直径排水孔钻探施工技术

河北省唐山市林西矿按照煤矿排水系统设计,需从地面垂直施工1口排水井,孔深设计:500m,终孔直径:560mm,我队承揽了此次钻探施工。由于该孔口径较大,钻孔垂直度要求较高,施工难度大,为此在认真分析搜集的邻井地层资料和技术要求的基础上,制定了一系列钻探技术措施,施工过程历经疫情防控、环保检查等客观因素,经过艰苦的施工,最终在原定的工期内,完成了施工任务。工程质量达到了甲方设计要求,同时我单位在煤矿排水孔钻探施工技术方面取得了成功的经验。矿井排水是建立煤矿安全生产的必备条件之一,因此定向大直径排水孔工程施工技术对煤矿安全生产具有重要的意义。本文以林西矿排水孔工程为例,详细介绍了大直径定向钻孔的施工技术。

“以管代孔”——排水孔模拟方法探讨

依据渗流基本原理 ,提出了“以管代孔”模拟岩体排水孔的新方法 ,将排水孔作为强渗透性能的导水管单元反映在渗透介质结构中 ,按流量和水头等价原则确定的单孔等效渗透系数体现了排水孔性能与孔距及岩体渗透性之间的关系 ,能模拟不同条件下的排水效果 。

有自由面渗流分析中密集排水孔幕的数值模拟

为准确模拟有自由面渗流场中密集排水孔幕的渗流行为,提出排水孔连续剖分新模式,避免了排水子结构算法中排水孔与整体网格不连续带来的计算困难,并在顶排型排水孔孔端设置虚拟的"渗流开关器",来实现对其作用的甄别。当排水孔失效,"开关器"关闭时只需把孔内结点作为内部点,避免了对失效排水孔按边界再处理的麻烦。排水孔的连续剖分和"开关器"的设置,既可以精细的模拟每个排水孔的作用、解决自由面穿越排水孔问题,又使大规模密集排水孔的模拟大为简化。算例验证了该方法的准确性和实用性。

宝珠寺水电站坝基排水孔异常逸出物成因分析

阐述了宝珠寺水电站坝基排水孔异常逸出物的化学成分及矿物成分 ,重点分析了坝基排水孔地下水的补给来源、排出水的化学成分特征、地层岩石与大坝建筑材料的化学与矿物成分、异常逸出物的成因等。结果表明 ,宝珠寺水电站坝基排水孔异常逸出物是补给水由补给源运移至坝基排水孔过程中与地层岩石、大坝建筑材料相互作用而形成的 ,其中石英、方解石、白云石、钠长石和微斜长石的沉淀作用、羟钙石和石膏的溶解作用以及SO2 -4 被地层岩石中的有机物质还原为H2 S是最重要的几种作用。

有排水孔的三维渗流场的有限元—边界元耦合分析

排水孔常被用来减少水工建筑物的扬压力。由于排水孔的尺寸相对甚小,致使有排水孔的三维渗流场分析十分困难。本文建议用有限元方法-边界元方法的耦合法来解决这一问题。用有限单元离散研究域;有排水孔的单元作为特殊单元处理;用边界元方法求特殊单元的传导矩阵。排水孔的尺寸效应问题由此得到较好的解决。由于边界元域只是有限元网格中的一个单元,因而并不增加有限元总传导矩阵的带宽。本文给出了用建议方法分析重力坝坝基三维渗流场的算例。

渗流分析中排水孔模拟的空气单元法

提出了用“空气单元”模拟排水孔的思路,即将排水孔看作是以空气作为渗流介质的单元体,在给定了相应的渗透系数后,使它像岩块、土体等单元一样加入传统的有限元渗流计算方法中。通过算例及实际工程应用,证明该法简便可行,具有一定的工程应用价值。

渗流场中排水孔直径、间距及深度对排水效果的影响

应用三维有限元分析了大坝地基渗流场中排水孔直径、间距及深度对排水效果的影响。分析结果表明,孔径对排水效果的影响很小,而孔距和孔深的影响都较大。本文算例,当孔深小于20 m时,孔深的影响超过孔距,当孔深超过20 m时,两者影响相近。

水平排水孔在岸坡治理工程中的应用

由于含水平排水孔的渗流场分析的复杂性,以及水库岸坡本身稳定性分析的复杂性,严重地限制了水平排水孔在水库岸坡治理工程中的应用。增设水平排水孔是提高水库岸坡稳定性的重要方法,因此围绕水平排水孔的布设模式以及排水效果展开研究具有十分重要的理论和现实意义。考虑到分析的复杂性以及是初次尝试,仅在二维条件下,通过一个工程算例,完整地介绍了从水平排水孔模型的建立、含水平排水孔的渗流场分析到治理后岸坡的稳定性分析的整套方法。通过数值分析的结果可以直观地看出,增设水平排水孔能有效地提高水库岸坡的稳定性。同时,相对于增大水平排水孔孔径而言,增长孔长对其排水效果的影响更为明显。

岸坡水平排水孔的渗流场数值模拟

地下水作用是岸坡稳定性的重要影响因素,在航道岸坡整治工程中,岸坡排水设施必不可少。水平排水孔可以有效排出岸坡土体内部地下水,降低地下水水位。通过三维非稳定渗流数值模拟,分析了岸坡水平排水孔的排水效果。首先,对排水孔室内模型试验进行了数值模拟,结果表明数值模拟结果与试验结果较为一致,坡体中地下水向水平排水孔汇集并排出坡体;之后,对典型岸坡渗流场进行了数值模拟,其结果表明,水平排水孔的排水效果较为明显,可以加深对于渗流场的控制范围,孔深越大,排水效果越好。研究成果可为水平排水孔在航道整治工程的应用提供参考。

渗流分析中排水孔模拟的叠单元法

排水孔是重要的渗控措施,如何准确模拟排水孔的作用是渗流分析中的关键问题之一。目前普遍采用排水子结构法,但由于子结构网格依存于整体网格,在解决复杂工程问题时网格划分难度很大。文中提出一种新的排水孔模拟方法——叠单元法。对于含排水孔的结构,将其划分为不包含排水孔的整体网格以及各排水孔附近区域的局部网格,网格之间相互独立。然后,通过排水孔局部网格的外边界面的虚拟渗流,实现整体网格与排水孔局部网格的耦合。算例分析的结果表明,当排水孔局部网格范围大小取为整体网格单元尺寸的1～3倍,外边界面渗透系数取为材料渗透系数的102～103倍时,所提方法能够准确模拟排水孔的作用。由于叠单元法的网格划分简便易行,有望广泛应用于复杂工程问题的渗流分析。

向家坝电站坝基排水孔组合式过滤体试验研究

为研究向家坝坝基排水孔组合式过滤体结构形式及主要材料性能指标,向家坝电站拟采用组合式过滤体对通过坝基地质缺陷层的排水孔进行反滤保护。根据地质缺陷层的渗透变形试验以及过滤体的主要材料如土工织物、泡沫塑料等的室内试验成果,并结合工程经验,研究确定了组合式过滤体的结构形式及主要材料性能指标。组合式过滤体的反滤试验及长期淤堵试验成果表明,组合式过滤体可以对坝基地质缺陷层进行有效的反滤保护,并在长期运行期间具有较好的抗淤堵能力。

模拟排水孔的复合单元法研究

用复合单元法进行渗流分析时,视排水孔为强渗透介质,并将其作为“空气子单元”置于常规岩(土)体单元内部,形成涵盖排水孔的复合单元,但排水孔无需在计算网格中绘出。该方法既可以精细模拟每个排水孔的作用,又避免了绘制排水孔网格的困难。当排水孔的设计发生变化时,也无需改变计算网格,有利于多方案的比较与优化。算例分析表明,对空气子单元“渗透系数”的取值,承压井在不同水力条件下基本不变,无压井则大大小于承压井。当选取了合适的“界面导水系数”后,复合单元法的计算结果与有限单元法非常接近。

弧形闸门排水孔对其工作性态的影响分析

以某水电站溢洪道工作闸门为例,利用ANSYS软件建立了弧形闸门三维有限元仿真分析模型。分析比较了不设排水孔、开设排水孔两种情况下弧形闸门各构件应力、变形的差异,并通过改变排水孔截面尺寸的方法,分析了弧形闸门各构件应力、变形随排水孔截面尺寸的变化规律。研究结果表明:开设排水孔以后,闸门的工作性态发生很大变化;而当排水孔截面尺寸小于1/4主梁腹板宽度时,闸门各构件的应力、变形几乎不受排水孔截面尺寸的影响,因此排水孔的截面尺寸应在1/4主梁腹板宽度内选取。

含排水孔渗流场的p型自适应复合单元法分析

用复合单元法进行渗流分析时,视排水孔为强渗透介质,并将其作为“空气子单元”置于常规岩(土)体单元内部,形成涵盖排水孔的复合单元。复合单元法的计算网格可以较为“粗糙和随意”。但由于在排水孔附近流场变化剧烈,常规的低阶形函数已不能满足精度要求。采用p型自适应技术提高复合单元的形函数阶次后,就能够较好地模拟排水孔附近处的渗流场。应用p型自适应复合单元法,可以将复杂的前处理问题转化为复杂的计算问题,从而极大地降低了对网格剖分的要求,当排水孔的位置发生变化时,也无需改变计算网格。算例分析表明该方法的优越性。

地下工程渗流排水孔数值模拟的隐式复合单元法

根据渗流基本原理,提出了排水孔在地下工程中渗流数值模拟的隐式复合单元法。将排水孔隐含于模型网格中,得到排水孔在模型中的数据信息。判断所有排水孔与单元的相对位置,通过修正排水孔所穿过单元的渗透传导矩阵来模拟排水孔的强排水效果,并通过实例对排水子结构法和隐式复合单元法进行了比较。运用编制的三维有限元计算程序对某地下水电站厂房渗流场及排水孔进行了模拟,结果表明,采用隐式复合单元法对排水孔进行模拟是可行的。

排水孔模拟的汇线单元法

为模拟排水效应并解决排水孔附近水头梯度大、有限元网格划分细而显著增加计算量的问题,提出了汇线单元法。根据地下水运动基本理论,假设排水井的井周水流为径向流,推导出排水井流量的解析解,之后将该流量分配到常规有限单元的节点,建立节点水头与排水量之间的关系,形成汇线单元直接进行求解,实现排水孔的模拟。讨论了单井、干扰井群以及非完整井条件下汇线单元的差异,得出了以单井代替井群和非完整井误差不大的结论。应用表明,该方法程序实现简单,计算精度高。

渗流控制分析中密集排水孔模拟的新方法

应用叠加原理 ,在点汇基本解的基础上 ,推导出了有限元单元内单个排水孔的近似解表达式。然后 ,应用井群的叠加原理 ,将单个排水孔的解析理论推广到单元内多个排水孔的情况。这种排水孔的准解析方法应用于渗流控制有限元分析 ,具有迭代收敛速度快、精度好的特点。更为重要的是 ,对密集排水孔渗流控制布置方案 (方位或轴线 )的改变 ,不需要像“排水子结构法”那样重新改变有限元网格 ,而仅需改变排水孔极少的几个控制要素即可。因而 。