盾构掘进期隧洞穿越竖井段对周围土体渗流场的影响研究

为研究隧洞盾构掘进期间穿越竖井对周围土体渗流场的影响,以河南省穿沁隧洞为工程依托,建立了盾构掘进期竖井段周围土体三维渗流有限元计算模型,对比分析穿越未灌浆填实和已灌浆填实竖井段前后周围土体渗流场分布及其演变规律。结果表明:穿越竖井后相较于未穿越竖井前的竖井周围土体最大渗透坡降、单宽渗透流量分别增加了6.00倍和4.29倍,浸润面逐渐抬高,等势线更为密集;穿越已灌浆填实竖井后土体最大渗透坡降、单宽渗透流量明显降低。隧道掘进期间穿越竖井会对周围土体的渗流场产生影响,降低土体的稳定性,容易引发渗透破坏。同时,灌浆填实竖井能有效降低隧洞开挖对周围土体的影响,提高土体的稳定性。

某抽水蓄能电站地下厂房渗流特性及渗控效果研究

地下厂房洞室群是抽水蓄能电站发电的主要部位,厂区渗流场的分布对其结构稳定性至关重要.某抽水蓄能电站深埋于地下,其上下水库水位差超过600 m,在高水库水位和山体高地下水位的作用下,地下厂房周围将产生很高的渗透压力.为研究该地下厂房设计渗控措施下的渗控效果,建立了符合工程区实际地形、地质和输水发电系统的三维有限元模型,基于地质勘测钻孔水位数据,首先对计算模型进行了参数率定及边界验证,然后探讨了地下厂房正常运行和排水系统失效时厂区的渗流特性.计算结果表明:建立的三维模型可用于工程区渗流场分析;厂区设计渗控措施的渗控效果良好,多层排水廊道与排水孔幕结合对于降低渗流自由面效果显著,可以有效缓解厂区渗透压力;排水系统逐渐失效会引起厂区渗流量的增加和不同程度地抬高地下水入渗高程,失效面积过大时,厂房有较大发生渗透破坏的风险.

基于不同失稳判据的黄土边坡稳定性数值计算分析

安全系数是边坡稳定性评价的一项重要指标,依据不同失稳判据计算得到的安全系数存在差异,会直接影响边坡稳定性状态的评价。以万花山治沟造地工程台阶型开挖边坡为对象,运用FLAC3D有限差分软件,采用强度折减法,选择计算不收敛判据、塑性区贯通判据、位移突变判据3种失稳判据,对黄土边坡安全系数进行数值计算。对比分析3种判据所得的分析结果及优缺点表明:3种失稳判据得出的安全系数大小排序为位移突变判据>计算不收敛判据>塑性区贯通判据。计算不收敛判据使用简便,求解快速,但不能展示折减过程坡体塑性区的变化情况;塑性区贯通判据不宜单独作为边坡失稳判据,需要结合不平衡力综合评估,但可以展示坡体剪切和拉伸塑性区;位移突变判据求解过程复杂,但能真实地反映坡体位移变化导致的临界破坏状态。建议类似工程优先选用求解过程快速的计算不收敛判据,然后结合塑性区贯通情况与坡体位移变化状态对边坡稳定性进行综合评价。

山区河流洪水涨落时双层堤基非稳定渗流数值分析

长期以来堤基渗流稳定问题一直是堤防设计的关键难点,尤其山区河流洪水涨落快、历时短,难以形成稳定渗流场,因而必须考虑洪水涨落的非稳定渗流场以求取最经济可靠的渗控措施。基于非饱和渗流理论,研究山区河流洪水涨落时堤防非稳定渗流浸湿过程及渗流特性,并与稳态渗流形成对比。结果表明,非稳定渗流场的浸润线前端表现为内凹,存在滞后性,由于双层堤基相对弱透水覆盖层的存在,堤身内浸湿距离较短,浸润前锋尚未到达坡脚;迎水坡典型部位的水力坡降明显大于稳定渗流,采用稳定渗流分析山区河流双层堤基渗透稳定时,所得结果对堤防更为不利。

石灰改良砂土的微观渗透机理研究

为探究不同掺量石灰对砂土渗透性及微观结构的影响,对不同石灰掺量的砂土进行饱和渗透试验、扫描电镜试验和核磁共振试验,分析了改良砂土的渗透性与微观孔隙结构,并利用Image-Pro Plus6.0软件与核磁共振分形维数,研究了石灰改良砂土渗透性与微观结构之间的关联特性。结果表明,适量石灰与砂土产生化学反应生成的胶凝物质使小颗粒聚集形成不规则团聚体,内部大孔隙被分割为小孔隙,孔隙粗糙度增大、孔隙分形维数增加,导致渗流通道变窄、迂曲度增大,宏观上渗透系数降低;而过量石灰的掺入则导致土体大孔隙面积与数量增加,分形维数减小,粗糙度降低,宏观上渗透系数则略有增大。

基于神经网络模型胶凝砂砾石渗透性能研究

以胶凝砂砾石(CSG)为例,通过119组试验试块进行渗透试验测定,形成了CSG的28天渗透系数的数据集。数据集中有119组渗透系数数据,其中最小值为3.41×10^(-5)cm/s,最大值为27.812×10^(-5)cm/s。数据主要集中在3×10^(-5)~22×10^(-5)cm/s范围内,约占总样本数的97%。根据箱线图确定去除异常值并通过偏态峰度检验、K-S检验和分布图结果,可认为CSG材料的渗透系数数据服从正态分布规律。在此基础上,使用BP和GABP神经网络模型进行渗透系数预测,并对两种模型的预测精度进行比较。结果表明,GABP估计模型的精度略优于BP模型。CSG渗透系数实际值与预测值吻合较好,说明预测效果较好。

拱坝坝基渗流场的有限单元法精细求解

笔者在近 2 0年来对工程渗流问题研究的基础上 ,针对拱坝坝基岩体的渗流特性和有复杂的防渗与排水降压渗控措施 ,详细地论述了如何用有限单元法精细地求解坝基整体渗流场的思想和具体处理技术 ,所提出的算法技术在理论上是严密的 ,多年来一直已在工程中得到了广泛的成功应用。最后 ,作为算例对一个高 14

应用PLAXIS有限元程序进行渗流作用下的边坡稳定性分析

为了进行渗流作用下的边坡稳定性分析,必须考虑渗流场与应力场之间的相互耦合作用。目前对渗流作用下边坡稳定性的分析一般都是通过自编程序进行的,通常都是先对渗流进行有限元数值模拟,然后再对边坡采用条分法进行稳定性分析。目前国际上关于渗流作用下边坡稳定性的分析方法发展较快,已经可以采用有限元强度折减法来进行分析计算,尤其是PLAXIS有限元程序对于这方面有较好的适用性。应用PLAXIS有限元程序采用有限元强度折减法,进行了渗流作用下的边坡稳定性分析,并用ADINA和GEO-SLOPE程序进行了验算。

渗流作用下边坡稳定性分析的强度折减弹塑性有限元法

将边坡渗流的有限元计算和稳定分析的强度折减弹塑性有限元法相结合,对渗流作用下边坡的稳定性进行有限元计算与分析。基于有限元计算所得到的堤坝各单元结点水头,通过面力法和体力法两种等效方法计算渗流作用力,即通过单元结点水头计算作用于单元周边的孔隙水压力及其等价结点力或通过单元结点水头计算作用在单元上的渗透力及其等价结点力。将所确定的渗流等价结点力与土的自重、地震力等其它荷载共同施加于边坡上,采用强度折减弹塑性有限元数值分析确定边坡的临界失稳状态及其所相应的安全系数。应用实例表明该方法是有效的。

真空排水预压加固软基中的孔隙水压力消散规律

真空排水预压加固软基是通过孔隙水压力的消散来增强土体的强度。本文通过浃里陈大桥试验段实测资料,分析了在真空排水预压过程中孔隙水压力在淤泥及砂井和塑料排水板中的消散规律。试验结果表明,地基中的孔隙水压力消散值可分为两个部分:一为真空度的直接传递导致的孔隙水压力下降值;二为抽真空引起水位线下降进而引起的孔隙水压力消散值。淤泥地基中孔隙水压力消散主要是由于地下水位线的下降引起的,砂井和塑料排水板中的孔隙水压力消散大部分由真空度直接引起,孔隙水压力的消散程度沿深度方向基本不变。真空排水预压塑料排水板中孔隙水压力影响深度可达塑排板下4～5m。塑料排水的真空排水预压效果优于砂井。

裂隙岩体宏观力学参数数值仿真模拟研究

岩体的参数确定一直是岩土工程中的一个重要及困难的问题,将整个工程岩体划分为不同尺寸等级的计算试件,依据室内外基本材料试验成果,采用数值仿真方法依次计算各级别计算试件,最后得到岩体的宏观力学参数,计算结果与实际情况值基本吻合,该计算方法解决了物理试验对岩体参数评价的局限性以及在整体模型计算中参数选取的任意性。

仿天然岩体裂隙渗流的实验研究

本文用人工粗糙面缝隙模拟天然岩体裂隙进行物理模型实验，对天然岩体裂隙渗流机理及其规律做了初步探讨。在总结洛米捷及路易斯研究成果的基础上提出了一个改进计算模式，使得计算理论值与实测值吻合得更好。

二维应力作用下岩石单裂隙渗流规律的实验研究

在对人工充填砂裂隙进行剪切实验的基础上,分析了剪应力和法向有效应力作用下裂隙岩石的渗流特性,并提出了二维应力作用下裂隙岩石渗流模型,即剪应力和法向有效应力耦合作用下的渗流公式。

基于COMSOL软件的土石坝渗流模拟研究

为掌控大坝运行期间的安全性,确保土石坝的正常运行,对其渗流状态进行模拟研究。以西南某土石坝为例,通过COMSOL构建土石坝的二维有限元模型对大坝坝体进行渗流模拟,从渗流作用下的孔隙水压力、相对渗透率、大坝应力、坝体的总位移等几个方面对其在运行水位条件下的渗流状态进行计算分析,评价大坝在运行工况下的安全性,并提出相应的防洪防汛建议。

基于遗传神经网络的坝基岩体渗透系数识别

基于坝基岩体渗流场正演分析的数学模型,通过观测渗流区域地下水运动的动态信息反演坝基岩体的渗透系数。将遗传算法和神经网络相结合,所建立的遗传神经网络具有较快的训练速度和较强的泛化能力。数值算例表明,遗传神经网络在求解坝基岩体渗透系数反演问题中具有较高的计算效率和识别精度。

采用环境同位素方法研究北江大堤石角段基岩渗漏通道

论述了采用环境同位素与人工示踪的方法探测北江大堤石角段频发"管涌"的原因,通过对洪水期间不同区域层位的稳定同位素δD(‰)与δ18O(‰)的分析确定了地面涌水的来源,结合孔中的人工示踪方法,最终确定出北江大堤石角段的"管涌"来自基岩断裂强渗漏通道,为下一步的加固工程提供了重要的科学依据。

不同围压下破碎花岗岩非线性渗流特性试验研究

随着我国高坝枢纽工程和高水头抽水蓄能电站的大规模兴建,高坝岩基和高压引水系统围岩将承受极高的渗透水压和水力坡降,不仅导致岩体渗流产生强烈的非线性,而且导致岩体发生渗漏、突透水和渗透破坏的风险急剧增大。采用Triaxial Cell三轴试验系统,开展不同围压(1~30 MPa)下阳江破碎花岗岩的非线性渗流试验,研究高水力梯度条件下破碎花岗岩的非线性渗流特性及其表征方法。试验结果表明,随着水力梯度的逐步增大,破碎花岗岩中的水力梯度与渗流流量呈非线性特征;在围压加载过程中破碎花岗岩的非线性渗流特征逐渐减弱。结合花岗岩的破碎形态和渗透率量级,提出了破碎花岗岩非线性渗流3种可能的成因机制即惯性效应、渗透失稳和固液界面效应。在该基础上分别采用二次函数型Forchheimer公式和幂函数型Izbash公式对试验结果进行拟合,结果表明二者均能很好地表征破碎花岗岩的非线性渗流行为。Forchheimer公式非线性系数既能够表征渗流的惯性效应,又能表征渗透失稳机制,其在量值上随着围压的增大呈现正负交替现象,与围压加载过程中破碎花岗岩裂纹的闭合和扩展密切相关;Izbash公式非线性系数则既能够表征渗流的惯性效应,又能表征低渗介质非线性渗流的固液界面效应,其在量值上与围压存在相关性很好的幂函数关系。研究成果对于深化高渗压、大水力梯度条件下断层破碎带和挤压带非线性渗流规律研究具有重要意义。

粗粒土的颗粒级配对渗透系数的影响规律研究

通过对不同级配粗粒土的渗透试验研究和相关性分析,指出粗粒土的渗透系数与反映其颗粒级配特征的不均匀系数和曲率系数存在较大的相关性,并以太沙基公式为例,将原有公式修正为与级配参数相关的函数表达式,从而体现出粗粒土渗透系数与级配特征的关系,为粗粒土的工程特性进行了有益的进一步探索性研究。

降雨入渗与蒸发过程中非饱和土边坡土体吸力

讨论了非饱和土边坡在入渗、蒸发条件下的三类边界条件表达形式.将公路填方和挖方路基边坡作为典型算例,研究了入渗、蒸发交替作用下非饱和土边坡内吸力的变化.指出非饱和土边坡近坡面土体吸力主要受入渗、蒸发条件控制,而深层土体吸力主要受重力及地下水条件控制.

荆江大堤盐卡险段地下水渗流场模拟研究

采用美国地质调查局(USGS)的Visual Modflow软件,通过对荆江大堤荆沙市盐卡险段不同水位条件下以及在高水位下(10和13 m水头差)不同处理模式(存在天窗模式、改变人工填土渗透系数模式、减压井模式和防渗墙模式) 的模拟,结果表明:(1) 在高水位下,减小人工填土的渗透系数可明显减少渗透破坏。(2) 当存在渊塘或天窗时,减压井对防止管涌发生有更为明显的效果。(3) 防渗墙对防止渗流破坏也有一定的作用,防渗墙深度达到中间的粘土层(20 m的深度),能达到彻底治理险情的效果。