渗蚀过程中孔结构参数对细颗粒流失的影响

利用核磁共振监测了渗蚀过程中孔隙分布的演变规律,并通过自编程序测量了流失细颗粒的粒度分布,最后,基于灰色系统理论讨论了孔结构参数对细颗粒流失的影响.结果表明,初始细颗粒百分数越小的试样渗蚀越严重.水力梯度恒定时,累计细粒流失百分比随时间呈指数增大,渗蚀过程可分为发展、缓蚀和平衡阶段.细粒对渗蚀的敏感性随粒径的减小而增强,而表面形态对细颗粒运移的影响程度随粒径的减小而减小.渗蚀过程中土-水相互作用的强度与细颗粒百分数和水力梯度分别呈正相关关系.总体而言,收缩尺寸分布的连通性和非均质性逐渐增强,复杂程度逐渐减弱,等效开口尺寸逐渐增大.孔结构参数对颗粒流失的影响程度从大到小依次为分形维数、不均匀系数、控制收缩尺寸、最可几孔径.

基于核磁共振技术研究渗流作用下土石混体细观结构的变化

为研究土石混合体在渗流作用下细观结构的变化。选取土石比例为7:3的重塑土石混合体试样进行室内渗流试验,采用核磁共振(NMR)实时监测试样在不同水力坡降和不同时间段下的细观结构信息,如孔隙分布和自由水孔隙等。结果表明:(1)渗透压力变化导致土石混合体孔隙分布发生改变,促使孔隙扩大及孔隙连通性变好,并破坏土石混合体结构特性等;(2)随着水力坡降和时间的增加,自由水孔隙、总孔隙及NMR渗透率均有不同程度增长,NMR渗透率增长速率持续升高,且自由水孔隙在对NMR渗透率贡献上大于束缚水孔隙;(3)低水力坡降下土石混合体孔隙分布曲线的不均匀系数K_(ua)和曲率系数K_(ca)系数变化较小,土石混合体侵蚀程度小,渗透破坏程度低。高水力坡降下K_(ua)和K_(ca)系数变化明显,土石混合体侵蚀程度较高,土石混合体形成渗流通道并发生渗透破坏。

黏土结合水起始剪切力对非达西渗流的影响

黏土结合水对黏土的流变、膨胀以及渗透等有显著影响,了解黏土结合水性质变化对黏土研究具有重要意义。基于黏土双电层理论,由黏土微电场推导黏土结合水抗剪强度与结合水到黏土颗粒距离的函数关系,并以此解释黏土非达西渗流的机理。结果表明:黏土结合水具有类似非牛顿液体性质,双电层中每一处结合水存在"起始剪切力",当水压力超过结合水的"起始剪切力"时,结合水将发生移动;黏土非达西渗流存在起始水力梯度,且起始水力梯度与结合水的"起始剪切力"呈线性关系;当黏土开始发生渗流时,结合水在孔隙中流速呈曲线分布,流量与水力梯度呈非线性关系,黏土渗流特征曲线出现下凹型非线性曲线。

旋切作用下岩石破碎机理及岩石可钻性的试验研究

为揭示钻头旋切作用下岩石破碎机理,开展地层岩石可钻性分布识别研究。基于自制的岩石旋转切割装置,分别对花岗岩、大理岩和石灰岩的标准岩样进行不同加载压力和旋转速度下的室内岩石旋切破碎试验,通过旋转切割装置中的钻进监测系统和高速摄像机分别记录岩石旋切破碎过程中钻进参数变化(加载压力、旋转速度和旋切扭矩)和岩石旋切破碎表象特征,并统计不同钻进条件下的破碎岩屑质量和尺寸分布等参数分析岩石旋切破碎控制因素。试验结果表明:岩石旋切破碎过程中,钻头在贯入和切割共同作用下呈螺旋线型侵入岩石内部并导致岩石分别发生贯入破碎、剪切破碎和拉伸破碎,其中部分大尺寸岩屑因吸收的切割破碎能较大而发生崩裂,但大部分破碎岩屑堆积在钻头切割路径内,增加了切割摩擦能;加载压力是岩石旋切破碎程度的主要影响因素,在相同加载压力下,破碎岩屑质量和尺寸分布分别受岩石抗压强度和抗拉强度影响;旋切扭矩与加载压力呈正线性关系,且岩石耐磨性和切割比能越高,该线性斜率也越高,而钻头旋转速度不影响该线性斜率变化。据此提出了不受钻进条件影响且仅与岩体固有属性(岩石固有切割比能和岩石摩擦因数)相关的岩石可钻性理论评价模型,并通过已有文献原位钻进数据验证了该岩石可钻性评价模型在实际工程中的有效性。

边坡倾倒稳定分析Goodman-Bray法:改进、测试与应用

为确认改进的边坡倾倒稳定分析Goodman-Bray法的正确性和实用性,对改进的边坡倾倒稳定分析Goodman-Bray法进行了深层次的分析、测试及试设计。以柳树沟Ⅰ区变形边坡、龙滩水电站左岸泄水建筑物进口高边坡、天生桥二级水电站厂房南边坡为典型算例,分别讨论了岩块不同宽度、地下水影响与预应力锚索加固等因素对边坡稳定性的影响,最后对正在建设中的两河口水电站泄水建筑物倾倒边坡的稳定性进行了分析。结果表明:当条块宽度越小时安全系数也相应减小;边坡内外水位平衡时,充水并不会对倾倒边坡的稳定产生实质性影响,且坡外水位骤降会导致倾倒边坡的稳定安全系数急剧下降;锚固作用下安全系数有明显提高。考核的成果表明,相应成果合理,改进Goodman-Bray方法可以在工程设计过程中不断改善,日趋成熟。

考虑地震与溃坝洪水共同作用的土石坝坝坡稳定分析方法

地震与洪水作用是影响土石坝坝坡稳定的主要因素,在梯级水库中,上游溃坝洪水的影响尤为显著。以上一梯级溃坝洪水引起的坝前水位变化模拟洪水作用,提出在毕肖普法基础上,考虑坝体材料变异系数,大坝遭遇上游溃坝洪水与地震共同作用时的坝坡稳定分析方法。以"卜寺沟-双江口"两梯级为例,假定卜寺沟发生溃坝,进行下游梯级"双江口"下游坝坡稳定的可靠度风险分析。计算结果表明,双江口在遭遇上游溃坝洪水和地震的极端情况下,下游坝坡失效概率为1.571×10^(-6),对应的可靠度指标为4.667,满足规范对I级建筑物发生二类破坏的要求。