沥青混凝土心墙堆石坝心墙拱效应研究

心墙拱效应是影响土石坝安全稳定运行的重要因素,心墙力学特性复杂且受众多因素的影响,复杂地形地质条件对心墙拱效应具有重要影响。首先对比了直心墙、斜心墙、下直上斜式心墙拱效应的差异,在此基础上选取岸坡坡度、河谷宽度、覆盖层厚度以表征坝体所处的地形地质条件。基于数值计算定量研究复杂地质条件对沥青混凝土心墙拱效应的影响规律。结果表明:心墙应力拱效应主要集中在心墙中部3/4坝高附近及靠近岸坡处;斜心墙应力拱效应相对较小,可以很好地改善心墙的整体受力状况;岸坡变陡,斜心墙整体的拱效应强度增加,应力传递的核心区域由心墙中部拓宽至心墙两岸坡;随着河谷宽度的增加,应力传递的重心逐渐由底部转移到心墙两岸及心墙中上部;斜心墙整体的应力拱效应并非随着河谷宽度的增加单调变化,当坝轴线长度与坝高比值增加到3~4时,河谷产生的河谷效应对斜心墙变形及拱效应的影响大幅下降;随着覆盖层厚度的增加,斜心墙底部的拱效应明显增强,底部的拱效应系数分布逐渐集中化、区域化,容易产生局部破坏。

基于井震结合–层序界面逐级约束的小层划分与对比:以杭锦旗十里加汗太原组—下石盒子组为例

为了实现鄂尔多斯盆地北部杭锦旗十里加汗太原组—下石盒子组小层精细对比,通过详细的岩心观察,岩心–测井–地震紧密结合,利用岩心标定测井曲线,总结不同级次标志层序界面特征,利用逐级标志层序约束,井震结合进行高频层序划分,结合开发实际,进行小层划分对比。结果表明,研究区太原组—下石盒子组地层厚度在230 m左右,自下而上,由海陆过渡环境的潮坪相—三角洲相沉积,逐渐演变为山西组的辫状河三角洲相沉积,至下石盒子组则主要发育辫状河沉积。依据层序界面类型,将目的层识别出Ⅱ级界面1个,Ⅲ级界面3个,Ⅳ级界面4个。将Ⅱ-Ⅳ级层序界面按照岩心–测井曲线–地震响应特征的难易识别程度,划分了4个级次,进一步通过岩心–测井详细标定,识别V级界面25个。在地震剖面约束和沉积认识指导下,开展不同级别标志界面井间对比,进而逐级约束,实现高频层序对比,结合现场开发实际,将目的层划分为13个小层,各小层厚度较为稳定,主要反映了平原三角洲—辫状河沉积特征。高频层序一定程度上控制着沉积储层的发育与分布。通过井震结合、逐级约束的方法,可提高小层划分对比的准确度和精细度,为该区进一步的气藏地质研究与评价提供基础。

基于RF-GWO的水利工程地质渗透系数智能反演分析

地质渗透系数是准确分析水利工程渗流的关键参数。针对传统反演方法计算效率低、精度差的问题,采用有限元正演模型和正交试验设计构建渗透系数反演样本集,建立了基于随机森林(RF)算法的渗流计算代理模型;在此基础上,引入灰狼优化(GWO)算法,提出了基于RF-GWO的渗透系数智能反演方法,并以Z抽水蓄能电站为研究案例进行了验证。结果表明:RF模型对各钻孔水位预测结果均接近实测值,性能优于CART和BP模型;GWO可搜寻到地质最佳渗透系数,钻孔水位反演结果合理,相对误差最大为0.42%,精度满足工程要求,计算的天然渗流场分布形态也符合一般山体渗流场分布规律。建立的反演模型能够快速准确地推断工程区地层渗透系数,具有实际工程应用价值。

基于不同围岩特性的隧洞衬砌厚度优化分析

基于不同围岩特性的隧洞衬砌厚度优化既能实现安全要求又可以降低工程投资。结合某电站引水隧洞,采用有限元分析法对隧洞在不同围岩特性下的受力情况进行数值模拟,计算分析在不同衬砌厚度下的应力、配筋及裂缝宽度情况,综合考虑安全性和经济性对结果进行分析比较,提出了针对不同围岩特性的隧洞衬砌厚度优化方案。研究结果表明,隧洞衬砌在运行期的应力情况是影响衬砌配筋的关键因素,不同围岩特性下衬砌厚度的选择应充分考虑隧洞衬砌应力、所需配筋及裂缝宽度因素影响,当衬砌达到一定厚度后,所需配筋及裂缝宽度趋于稳定。

渗流-流变耦合作用下深覆盖层面板堆石坝性态演化规律

修建在深厚覆盖层上的面板堆石坝地基和部分坝体处于饱和渗流状态,渗流和变形的耦合作用对坝基和坝体的变形具有一定的影响。通过采用Drucker-Prager塑性模型和时间硬化流变模型描述堆石料和覆盖层砂砾石材料的瞬时变形和流变变形,采用Signorini型变分不等式方法描述堆石料和覆盖层多孔介质材料的渗流过程,在此基础上基于动量守恒原理和Kozeny-Carman方程提出覆盖层上面板堆石坝渗流-流变耦合分析方法。基于渗流-流变耦合分析,研究了渗流-流变耦合作用下覆盖层面板堆石坝的力学特性,分析了渗流作用对面板堆石坝长期变形的影响规律,进而讨论了覆盖层上面板堆石坝的变形机制和演化过程。结果表明:覆盖层地基压缩变形使大坝最大变形位置向下移动至0.3倍坝高位置且面板承受较大的拉应力;大坝流变变形是面板堆石坝的重要变形来源,其引起的坝内沉降增量达27.3%,面板拉应力增量达5.1%;渗流效应对大坝流变变形具有一定的影响,但相对于流变效应引起的应力变形增量整体相对较小。

混凝土面板砂砾石坝漫顶溃坝数值模拟

通过溃坝案例的现场调查和水槽模型试验,建立了面板砂砾石坝漫顶溃坝数学模型,以模拟水流特性、砂砾石料以及混凝土面板三者之间的相互作用。该模型主要由3部分组成:(1)考虑漩涡水流和砂砾石料之间的冲蚀特性,引入RNG k-ε湍流模型模拟漩涡水流的反向侵蚀;(2)通过泥沙输移公式和流体体积法(VOF法)追踪砂粒与水流侵蚀交界面,并考虑了砂砾石料的孔隙特性;(3)基于弯矩平衡法判定混凝土面板在自重和水荷载作用下的破坏过程。通过水槽模型试验对数学模型进行验证,结果表明,建立的数学模型能够准确地模拟溃决过程中漩涡水流对大坝的反向侵蚀和面板溃口的详细演化过程;该模型计算的溃口流量、堆石体溃口的发展、溃坝历时以及面板的折断长度,与实测数据的相对误差均小于15%,验证了模型的合理性。与参数化模型相比,本研究提出的溃坝模拟数学模型具有更详细的结果。

基于原型试验的输水工程PCCP断丝信号智能识别与分析方法

在引调水工程中,钢丝断裂易导致预应力钢筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe,PCCP)出现结构破坏和功能失效。本研究通过智能学习模型分析原型试验信号特征并判别断丝类型。采用内径3.4 m,长度5 m埋置式PCCP开展断丝原型试验,利用分布式光纤传感器分别对切割断丝、腐蚀断丝和敲击噪声信号进行实时监测,并基于短时傅里叶变换和深度学习模型重构断丝信号,最终利用支持向量机建立了断丝信号识别模型。以Inception-ResNet-v2重构信号的断丝识别模型最低和最高准确率分别为92.9%和100%,之后利用t-SNE证明了信号重构的有效性。本研究结合不同智能学习方法实现了PCCP断丝类型的有效判别,为其长期运行断丝监测及预警分析提供了新的手段。

基于图像融合特征的水工岩体完整性评价方法

水利工程多建设在地质条件复杂多变的高山峡谷,因此坝址及库区的岩体完整性评价对于工程建设具有重要意义。但岩体完整性评价常采用手工作业的方式,经济成本和时间成本较高。针对这一问题,本研究采用知识迁移的方法实现岩心图像特征的深度融合,进而提出基于权重支持向量机(WeightedSupportVectorMachine,WSVM)的岩体质量评价模型,最终实现水工岩体完整性的智能评价。通过对比基于单一深度模型特征和深度融合特征的水工岩体完整性智能评价模型可以发现,深度特征融合能有效提升模型性能,准确率提升5%以上;另一方面,本文也对比了WSVM和SVM及其他机器学习模型,证明了WSVM模型在水工岩体完整性智能评价中的有效性。本文提出的方法能在一定程度上实现水工岩体完整性评价的自动化和智能化分析,为水工地质勘察和水利工程建设提供新的方法。

温度因素对心墙沥青混凝土三轴力学性能的影响

为研究高寒地区温度因素对沥青混凝土心墙力学性能的影响,在不同温度(5、10、15、20℃)、不同围压(0.3、0.5、0.7、0.9 MPa)下进行了圆柱体常规三轴压缩试验。结果表明,温度对沥青混凝土心墙的应力-应变全曲线、破坏偏应力、抗剪强度、弹性模量、吸能能力以及破坏形式有显著的影响。在试验温度范围内,沥青混凝土心墙的破坏偏应力、抗剪强度以及弹性模量随着温度升高逐渐减小。其中,在5~15℃下降较快,15~20℃下降较缓,沥青混凝土的力学性能趋于稳定;内摩擦角以及拉压强度比(α)变化不明显;模强比呈现先下降后上升的趋势。此外,随着温度的升高沥青混凝土呈现塑性破坏特性越明显。

河控三角洲河口坝地下储层构型精细解剖方法

以胜坨油田胜二区沙二段8砂组为例,应用岩芯、测井,动态等资料,对研究区单一河口坝、单一河口坝内部增生体进行识别划分,形成一套针对河口坝地下储层构型精细解剖方法。在研究过程中,归纳3种单一河口坝识别标志：区域性曲线形态及地层厚度差异;坝缘微相的出现;夹层个数的差异。在密井网区利用丰富的动态资料,运用＂模式拟合,动态验证＂的研究思路得出该区单一河口坝内部3级界面倾角为2°~4°,为全区的河口坝解剖提供了定量、可靠的的地质模式,最终建立研究区真正意义上的三维储层构型模型,为寻找剩余油及挖潜提供可靠的地质依据。

分流河道类型划分与储层构型界面研究

由于受构造、气候、可容空间和沉积速率等方面影响，使得三角洲平原沉积类型多样，沉积体的内部结构也十分复杂。因此，在分析前人研究成果的基础上，提出了一种新的分流河道分类方案，从成因上将分流河道分为弯曲状、网状、树枝状、丛聚式、潮枝状和潮网状分流河道。同时，还对不同类型分流河道的储层构型界面的划分进行了系统阐述。

胜二区沙二段7砂组地层基准面旋回与沉积微相研究

应用油田开发区岩心、测井及地震等资料,对胜坨油田二区7砂组高分辨率层序发育特征以及不同级次基准面旋回内部沉积微相空间展布规律进行研究。研究表明,该区7砂组发育多级基准面旋回,包括1个长期基准面旋回、2个中期基准面旋回和9个短期基准面旋回,反映了可容空间与沉积物补给速率比值(A/S比值)在纵向上的多级变化发育模式,即在A/S比值总体向上变小的背景上,有多个次级A/S比值向上变小再变大的旋回。随着基准面的下降-波动-下降,沉积微相从7砂组底部的河口坝过度为地层中部的席状砂背景下残存的分流河道沉积,再到7砂组上部的河口坝沉积。A/S比值控制着研究区沉积微相的发育类型、展布模式。弄清楚研究区地层沉积特征与基准面旋回之间的关系对于精细储层表征和油田开发中后期井网调整具有重要指导意义。

面板堆石坝性状的初步统计分析

在很多情况下面板堆石坝已经成为优选坝型,但其设计很大程度上仍然依赖于工程经验。目前很少有文献基于大量工程实例数据对面板堆石坝的性状展开研究。收集和统计过去50 a已建的87个面板堆石坝的建设信息和性状监测记录,从统计学的角度分析面板坝性状特征。基于工程实测数据对填筑完工后坝顶沉降、面板挠度和应力、竣工时坝体最大沉降进行统计分析和规律总结。重点讨论了堆石母岩饱和状态抗压强度、地基特性、河谷形状和渗流对大坝性状的影响。结果可以进一步加强对面板堆石坝性状的深入理解,同时为面板堆石坝的设计、施工和运行管理提供指导和参考。

深覆盖层上面板堆石坝防渗墙应力变形分析

采用三维非线性有限元方法分析深覆盖层上面板堆石坝防渗墙应力变形特性,覆盖层和坝体材料的本构关系采用邓肯-张E-B模型,在防渗墙和覆盖层之间设置接触摩擦单元以模拟两者之间的相互作用。通过建立的有限元模型分析了坝体分期筑坝、坝体填筑速度以及防渗墙施工顺序对墙体应力变形特性的影响,同时探讨悬挂式防渗墙的应力变形特性。计算结果表明:坝体分期填筑对防渗墙的应力变形特性影响较小;较快的施工速度将引起坝体竣工期防渗墙较大的应力变形,其中拉应力达到3 MPa,顺河向变形达到15 cm;防渗墙靠后的施工顺序可以使运行期防渗墙拉应力减小2.42 MPa,顺河向变形减小达85%;悬挂式防渗墙贯入深度越小,其应力变形特性越趋于安全稳定。

深覆盖层上面板堆石坝应力变形特性研究

结合实测资料和有限元方法分析建于深覆盖层地基上面板堆石坝的应力、变形特性。数值计算中采用邓肯-张E-B模型模拟覆盖层地基和坝体的应力、变形行为,同时采用无厚度接触面模拟面板和坝体以及防渗墙和地基之间的相互作用。整理和分析工程实测资料并与数值计算结果进行对比分析,重点分析坝体和防渗结构的力学行为以及面板堆石坝和地基之间的相互作用。比较分析表明,大坝最大沉降和压应力分别发生在坝体底部和覆盖层中,覆盖层对坝体及防渗结构的应力、变形特性具有显著影响,应力、变形实测值与数值计算结果吻合较好,说明数值计算结果的有效性。在此基础上,分析了覆盖层上面板堆石坝分期填筑和筑坝速度对坝体和防渗结构应力变形的影响。结果表明,分期填筑引起坝体较大不均匀沉降和复杂的应力状态,但一定程度上可以改善防渗墙的应力变形特性;较快的坝体填筑速度容易引起坝体较大的前期应力和后期沉降,不利坝体的施工和运行。

坝基混凝土防渗墙力学性状的统计分析

混凝土防渗墙是透水和可压缩坝基渗流控制的主要措施。本文从统计分析的角度研究坝基混凝土防渗墙的力学性状。首先收集了43个已建土石坝工程坝基防渗墙实例力学性状监测资料和工程建设信息,建立了防渗墙力学性状实例数据库。在分析防渗墙受力特点的基础上,基于实例资料,对混凝土防渗墙的水平位移、顶部沉降、覆盖层和防渗墙的相对沉降、防渗墙应力特性及开裂性状开展详细的统计分析,揭示了不同力学性状的统计规律和产生机理。在此基础上,进一步讨论了防渗墙的位置、深度、材料以及河谷形状和地基变形特性对墙体力学性状的影响规律,识别影响防渗墙力学性状的主要因素。本文从统计角度揭示防渗墙的力学性状,可为防渗墙的设计和建设提供参考。

混凝土面板堆石坝地基防渗墙塑性损伤数值分析

在坝体填筑和水库蓄水作用下,防渗墙工作和受力条件复杂,可能产生塑性应变和墙体开裂。本文结合实测资料和数值分析,研究面板堆石坝深覆盖层地基防渗墙的应力变形和损伤特性。在基于实测资料分析防渗墙应力变形特性的基础上,采用混凝土塑性损伤模型,建立防渗墙应力变形及损伤特性的三维数值计算模型。数值模型考虑坝体和地基渗流-应力耦合效应及墙体与覆盖层的接触效应,真实模拟坝体填筑和水库蓄水过程。在采用实测资料验证数值计算结果的基础上,结合实测和数值结果深入分析了面板堆石坝防渗墙的受力机制及其应力变形和损伤开裂特性,讨论了防渗墙位置、材料、坝体和地基渗流-应力耦合作用对墙体力学特性的影响。研究结果对面板堆石坝防渗墙建设和结构安全控制具有一定的指导意义。

深厚覆盖层地基渗流控制措施效果数值分析

结合某工程实例,应用有限元分析方法,分析了地基防渗墙深度、铺盖长度及覆盖层土体渗透性等因素对坝基渗流控制效果的影响。结果表明:覆盖层渗透系数较大时,覆盖层成为大坝渗流的主要通道,防渗墙只有完全截断覆盖层才能取得较好的防渗效果;当采用悬挂式防渗墙时,防渗墙深度取其与覆盖层厚度之比为0.7左右时较为合理;单纯依靠铺盖不能有效控制覆盖层地基渗流;覆盖层渗透性是坝基渗流控制较敏感因素,其渗透系数大小及渗透各向异性均对大坝渗流场有一定影响。

考虑渗流作用的深覆盖层地基防渗墙应力变形分析

采用三维非线性有限元方法分析深覆盖层上面板堆石坝防渗墙应力变形特性。建立考虑渗流作用的深覆盖层上面板堆石坝应力变形数值模型。在分析渗流作用对防渗墙应力变形特性影响的基础上,分析了防渗墙施工顺序和防渗墙深度对墙体应力变形的影响。结果表明:渗流作用使防渗墙的顺河向最大变形增加56.47%,使墙体的最大拉压应力分别增加22.47%和21.74%,不考虑渗流作用将使防渗墙应力变形计算结果偏于不安全。防渗墙靠后的施工顺序可以改善墙体的应力变形性状,悬挂式防渗墙贯入深度越小,其应力变形特性越趋于安全稳定。

粗粒辫状河心滩内部泥质夹层分布新模式--以吴官屯野外露头为例

通过对山西省大同市吴官屯侏罗系辫状河沉积露头观察、测量及成因分析，对该露头进行了3～5级构型解剖。此处沉积体垂向发育三期辫状河道砂体，期次之间发育稳定的细粒沉积物；在单期河道砂体内部，发育辫状河道和心滩两个4级沉积构型单元，其中，心滩主要为辫状河砂体类型；在单一心滩内部，发育多个增生体，增生体之间界面处发育沟道及落淤层，均为细砂岩充填，未见泥质夹层。在以上解剖基础上，综合其它同类型辫状河心滩沉积特征，最终得到了粗粒辫状河心滩级次及内部细粒沉积单元分布模式。