阳新长江干堤减压井清淤洗井技术研究

阳新长江干堤减压井受人为损坏和自然淤堵影响,渗流控制效果逐渐降低,为恢复减压井排水功能,以该堤棋盘洲段淤堵减压井为例进行井内清淤和洗井技术研究。针对井管内淤积有淤泥、块石等杂物的情况,采用空压机清淤技术清除细砂及小石渣;对空压机难以清理的砖块、石头等淤积物,采用机井抓锥技术掏取;针对传统活塞洗井不适用于塑料井管,研发了一种负压可控的轻型活塞洗井设备。通过抽水试验验证联合应用轻型活塞洗井、高速射流洗井及大降深洗井3项技术的洗井效果,结果表明:3项洗井技术均能不同程度提升减压井排水性能,特别是轻型活塞洗井能迅速提升减压井排水能力,可在堤防工程运行管理中推广应用。

缩尺方法对粗粒料密度和渗透性影响的试验研究

依据规范推荐的粗粒料超径处理方法,对最大颗粒粒径为200 mm的宽级配料进行缩尺,控制最大颗粒粒径分别为60,20 mm,获取多条模拟级配,对原始级配、模拟级配粗粒料进行最大干密度试验和渗透试验,以研究不同缩尺方法、不同最大颗粒粒径条件下,粗粒料密度和渗透性的变化规律。结果表明:对于最大干密度试验,采用同种缩尺方法获取的最大干密度随最大颗粒粒径的减小而减小,表明粗颗粒的骨架作用显著。因缩尺后的P5含量使细颗粒处于较好的填充状态,可获得较高的最大干密度,其模拟级配试验值更接近原始级配,在此原则下相似级配法和混合法优于剔除法和等量替代法。对于渗透性试验,采用同种缩尺方法处理的最大颗粒粒径较小的试样,其渗透性也较小。细粒料土(尤其是粒径小于5 mm)的含量对渗透系数起到控制作用,缩尺处理应以尽量不改变较细粒料土的含量为原则。此原则下等量替代法最适用。

旭龙水电站坝基及右岸地下厂房防渗排水效果研究

为优化金沙江上游旭龙水电站坝基及右岸地下厂房区渗控布置方案,运用三维有限元渗流模拟方法,分析比较了大坝运行期不同设计方案P1、P2、P3和P4的渗流控制效果。结果表明:在拟定基本方案P1条件下,坝基及地下厂房区围岩内形成明显的地下水降落漏斗,渗流控制效果显著,主帷幕水力比降为17.0;设计方案P2优化了排水孔布置,在基本方案基础上将排水孔间距扩大一倍,计算结果表明帷幕后水压力较基本方案抬升明显,坝基主帷幕水力比降减小为7.6,渗流量略微上升,但增幅不超过3.7%;方案P3减小了帷幕设计深度,结果依然能够达到与方案P1近乎相同的渗控效果;对方案P4帷幕渗透系数敏感性进行分析,计算结果表明帷幕渗透性对区域渗流场影响较大,主帷幕比降为43.3,渗流量减少约20.9%。由于坝址深部岩石渗透性弱,在确保地层完整性较好的条件下可适当简化帷幕布置;排水孔间距为3-6 m布置时,渗透量变化较小;渗流场对帷幕渗透性变化较敏感,应保证防渗帷幕施工质量。该研究成果可为大坝及地下厂房区帷幕、排水设计与施工提供参考。

围井反滤在江西省圩堤堤基管涌抢险中的应用及若干认识

围井反滤技术是针对堤基管涌险情抢护的一种常用且被证明有效的方法。总结了围井反滤滤层保土排水的作用机理,在滤层交界面处形成的自滤层是阻止颗粒流失、保留渗水通道的关键。滤层须满足层间系数要求,且有足够的厚度,这是自滤层形成的必要条件。分析了该技术结构特征及研究现状,认为应根据圩堤典型险情特点对围井结构进行有针对性的设计;宽级配滤料选择须进行试验和实践,以检验其适用性。针对在应用中存在的滤料分离问题,抢险时应注意质量控制,并加强抢险效果的动态监测。结合了2020年在江西省鄱阳湖圩堤和湖北省长江干堤堤防抢险实践,总结了针对管涌险情的围井反滤技术应用目标、达成条件及特殊环境下的应用设计。

岸坡水平排水孔现场试验及地下水监测成果分析

为研究岸坡水平排水孔技术的排水效果,在长江中游航道江陵高滩守护工程中布置水平排水孔现场试验段。在布置盲沟等传统排水措施基础上,增设不同深度的采用可拆换式过滤体的水平排水孔,与仅采用传统排水措施的工程比较排水效果,检验水平排水技术的有效性与可操作性。监测成果表明,岸坡内水位与长江水位变化关系密切:在江水位上涨阶段,江水流向岸坡,与岸坡地下水形成补给关系;然而在江水位下降阶段,岸坡地下水流向长江,形成排泄关系。增加水平排水孔后,岸坡排水效果要优于仅采用常规盲沟试验段的排水效果,孔深为15 m方案的排水效果要优于孔深为8 m的排水效果。研究表明岸坡水平排水孔起到了较好的排水减压作用。

乌东德水电站坝基及右岸地下厂房区渗控措施研究

渗流控制措施是乌东德水电站大坝坝基及地下厂房设计的重要内容。针对乌东德水电站工程区复杂的地质条件和渗控措施,建立坝基及右岸地下厂房区三维模型,采用三维有限元渗流场精细求解技术对渗流场进行计算。成果分析表明,防渗帷幕和排水孔幕组成的渗流控制体系对山体地下水位具有控制作用,厂房侧墙位于地下水面以上;灰岩和厚层白云岩顺层面方向渗透性更强时,渗控措施的防渗排水效果更明显,但排水量显著增大。

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。

大坝心墙料分散性及处理措施试验研究

分散性黏土是一种特殊土,具有易被水冲蚀的特性。随着国内外土石坝发展迅速,心墙土的选择范围也不断扩大,能否选用分散性黏土作为心墙填料以及分散性黏土在反滤层保护下防渗效果如何,是工程设计中十分关心的问题。针对某水利枢纽2个料场的心墙料取样开展了与分散性有关的试验研究,通过针孔、碎块、孔隙水溶液及双比重计4种室内试验鉴定方法对心墙料的分散性进行判定。对分散性心墙料掺加不同比例的水泥或生石灰进行了改性,并对改性前后的心墙料渗透特性和反滤保护措施效果进行对比研究。试验成果表明：料场的部分心墙料具有分散性;2个料场的土料在水泥掺量3%或者生石灰掺量3%-5%的情况下,基本可以消除土料的分散性;经过掺水泥或石灰等方式改性的心墙料比未掺改性材料的心墙料能承受的水力比降更高;在合适的反滤料保护下,分散性黏土能承受较高的水力比降,在裂缝等不利情况下有良好的自愈能力。

渠道深基坑降水试验及工程应用

以引江济汉渠道工程进口段泵站深基坑为例,通过一系列的降水试验,结合初步设计阶段的试验成果,综合分析了基坑含水层渗透系数。降水试验成果分析中既采用了抽水试验规程推荐的计算公式,也采用数学模型对降水试验进行模拟,最终提出了不同含水层渗透系数,为后期基坑降水方案研究提供基础资料,设计单位依据降水试验结果对基坑降水方案作出了重大设计变更。

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。

长江干堤典型管涌险情成因分析及对策研究

管涌是长江堤防最常见也是危害最大的险情之一,至今仍是长江堤防安全的重要威胁。2020年汛期,长江干堤局部超警戒水位持续长达60 d,为近年最长时间,其中,城陵矶最高水位达到34.74 m,也为近年最高水位。以长江干堤岳阳瓦湾段管涌险情为例,利用历史资料和现场调查,根据该段地质条件及渗控措施,建立了三维渗流有限元模型,重点模拟减压井失效及功能发挥工况下,该段地层内渗透比降分布特征,揭示该处管涌险情成因,并探讨相应处理对策。论文研究成果可为类似堤段汛后除险加固提供参考。

输水状态下挖方渠道衬砌干地修复渗控方案

南水北调中线工程运行以来,发挥了巨大社会效益,沿途及京津冀地区对其调水需求日增,渠道停水检修将带来较大风险,因此面临输水状态下渠道衬砌板破坏抢修难题。部分挖方渠道衬砌板下有复杂的渗控措施,输水状态下采用围堰干地抢修渠底和较深部位的渠坡衬砌板时,需解决围堰基坑内外水位差可能带来的基坑内渠坡抗浮和渗透破坏问题。鉴于此,在渠道渗控设计及围堰布置基础上,根据“前堵后排”思想,提出一种围堰基坑“外、中、内”三防线渗控方案,即围堰基坑外围渠基透水管封堵,基坑周边安装水泵抽排。三维渗流场模拟结果表明,该方案可显著降低基坑周边衬砌板下砂垫层内水平渗透比降和基坑涌水量,能保证基坑渗流安全。研究成果可为南水北调中线输水状态下挖方渠道围堰干地抢修提供理论依据和技术支持。

岩土工程最小勘探数据量确定方法

准确地确定岩土设计参数统计特征值诸如均值、标准差是岩土工程可靠度分析与设计的重要前提。在满足岩土设计参数统计特征值计算精度条件下,文中提出了岩土工程最小勘探数据量的确定方法,定义了相对误差和相对变异性指标衡量岩土设计参数统计特征值计算准确性。系统地分析了静力触探试验数据量对砂土有效内摩擦角统计特征值计算精度的影响,并且根据相对误差和相对变异性指标确定了静力触探最小勘探数据量。研究结果表明,由静力触探试验间接估计砂土有效内摩擦角时均值相对误差较低,砂土有效内摩擦角相对变异性指标随静力触探试验数据量的增加而降低,即由认知不足引起的不确定性占总变异性的比值随静力触探试验数据量的增加而减小;当砂土有效内摩擦角容许相对变异性指标小于0.2时砂土有效内摩擦角在最大变异(COV=20%)与最小变异性(COV=5%)范围内,满足预定要求所需的最小静力触探试验数据量为10~100;若容许相对变异性指标小于0.3,所需的最小静力触探试验数据量为5~43。此外,间接估计岩土设计参数时经验回归模型不确定性对最小勘探数据量有显著影响。静力触探试验最小勘探数据量随经验回归模型不确定性的增大而增加,在确定岩土设计参数统计特征值时应尽量广泛收集勘探数据并选择精度较高的计算模型。

减压井超声波解堵试验初步研究

借鉴在石油工业中得到有效应用的超声波技术,自主研制了适用于砂土地基堤防减压井的超声波解堵系统。在室内大型渗透仪中模拟了减压井倒灌淤堵过程,采用自制超声波设备进行了解堵试验,并通过常水头渗透试验分析了超声波技术作用效果,研究了试验砂样装样密度和驱动水力比降对超声波解堵效果的影响。试验结果表明:倒灌悬浊液使得试样含水层发生了堵塞,井管排水能力减弱,承压水头增加;经超声波解堵后,减压井及其周边含水层综合渗透性得到提升,出水口流量增加,减压能力增强,超声波解堵效果明显,可使淤堵减压井恢复60%以上。减小装样密度使得砂样孔隙率增加,可提高淤堵前排水减压能力,但发生倒灌淤堵程度增加。装样密度对超声波解堵程度影响不显著,但在较小的装样密度下,超声波能在较短的时间内达到同等解堵效果。提高超声波解堵过程中驱动水力比降,更易于带动剥离的淤堵细颗粒从含水层孔隙中析出,能增加超声波解堵效果。

有限数据条件下土性参数波动范围计算方法的有效性分析

准确计算波动范围是描述土性参数空间变异性的关键。然而,天然土层参数真实的波动范围是未知的,且实际岩土工程勘察资料十分有限,采用不同方法确定的波动范围会存在显著差异。本文通过真实相关函数为指数型的静力触探试验(CPT)模拟数据分析对比了计算波动范围的平均零跨法、相关函数法、拟合理论方差折减函数法、拟合简化方差折减函数法及贝叶斯方法的有效性。研究结果表明:不同波动范围计算方法准确性存在一定差异。贝叶斯方法确定的波动范围最接近于真实值,其次是相关函数法与拟合理论方差折减函数法,平均零跨法和拟合简化方差折减函数法计算结果偏差较大,平均零跨法使用时应当注意其相关函数假定条件。CPT样本数据量影响波动范围计算方法的适用性。当锥尖阻力真实波动范围较小,且CPT样本数据量非常有限时,贝叶斯方法和平均零跨法可以估计波动范围值,但相关函数法、拟合理论方差折减函数法和拟合简化方差折减函数法无法计算波动范围。当CPT样本数据量较多时(如样本长度大于等于20),均可采用贝叶斯方法、相关函数法与拟合理论方差折减函数法计算波动范围值。在CPT数据量相同的条件下,贝叶斯方法因充分融合了多源信息(包括有限观测数据和先验信息),计算结果的不确定性最小、准确性最高。这些方法中贝叶斯方法的适用性最强,既适用于数据量较多的情况,也适用于数据量较少的情况。

预冲孔与中途刺破对抑制车门内板关键区域成形缺陷影响的对比研究

以汽车车门差厚拼焊内板为研究对象,对比研究了预冲孔与中途刺破两种工艺切口方案对成形质量的影响。建立了汽车车门差厚拼焊内板的有限元模型,通过修改有限元前处理文件中的关键字,实现了刺破工艺的有限元分析。通过与预冲孔成形工艺对比,发现冲压中途刺破的工艺能有效地释放板料局部应力,抑制缺陷,改善成形质量。通过改变刺破时间,发现在模具运动时间为0.0486 s时对成形质量的改善更为明显。

可拆换式减压井技术在阳新长江干堤整险工程中的应用

2016年汛期,阳新长江干堤堤内发生管涌险情,汛后为整治险情提升堤基抗渗性能,新建了一批减压井消减堤基承压水头。结合在阳新长江干堤整险工程中实施的新型可拆换式减压井工程,讨论其关键技术和施工工艺,持续跟踪监测2017年、2020年汛期减压井排水量。监测结果表明,汛期减压井工程排水减压效果明显,该减压井历经4个洪水年未见明显淤堵,延缓了淤堵进程,避免了险情发生。通过数值模拟方法分析堤基渗流场分布特征,结果表明:减压井实施前后堤脚处下伏承压水头消减3m以上,4年后承压水头消减2.6m,2016年的管涌险情处地基抗浮安全系数提高34%以上。可拆换式减压井技术在阳新长江干堤整险加固工程中起到显著的排水减压作用,可为类似工程的设计和施工提供参考。

基于强弱影响区的大型覆盖件回弹补偿策略探究

以某汽车侧围外板为对象,通过有限元建模和激光全域扫描,对成形后的覆盖件整体扭曲回弹状态进行了研究。运用多组补偿系数对不同特征区域进行了型面偏置补偿建模分析,发现两条“等效弯曲线”以内区域为回弹补偿的弱影响区,回弹补偿效果传递较差;进一步实验发现棱线、车门框等特征造型会阻碍回弹补偿修正效果的传递。基于上述认识,提出了强、弱影响区的补偿策略,经现场实际模具调试并匹配光学扫描点云与数模,得出了分别采用激进和保守的型面补偿策略对弱区和强区进行处理后能够获得较好的回弹补偿控制精度。

超薄壁筒交互张力旋压成形稳定性研究

针对铝合金超薄壁筒刚度差、在大减薄率强力旋压成形时易失稳等问题,以壁厚0.8 mm的A5052铝合金筒为例,建立基于ABAQUS系统张力旋压和双向交互张力旋压的有限元模型,探讨了交互张力旋压对超薄壁筒成形稳定性的影响。模拟结果发现:与普通强力旋压对比,张力旋压成形时坯料变形更稳定均匀,能降低旋压力与接触应力;在改变前后道次旋轮相对于芯轴的数控螺旋路径方向实现交互张力旋压后,提高了张力旋压成形超薄壁筒时的稳定性,在控制筒坯口部出现的扩径现象上效果更显著。

基于Hill'48与Hill'90屈服模型的汽车后背门内板成形性比较研究

以烘烤硬化钢H220BD制汽车后背门内板为研究对象,基于Hill'48与Hill'90屈服模型,建立了H220BD制件的有限元仿真模型,分别运用两种屈服准则对汽车后背门内板进行冲压仿真模拟。并以Argus非接触式光学应变测量系统所测得的实际试制件的测量结果作为实验对照组,研究了Hill'48与Hill'90两种屈服模型对H220BD制件有限元模拟的适用性,分析了预测结果的可靠性。经过对比分析,发现使用Hill'90屈服模型的有限元仿真结果在缺陷预测、减薄率以及主次应变值的预测中更接近于实际试模件。对于材料塑性流动量的预测精度,Hill'90屈服模型与Hill'48屈服模型差值不大,因此,Hill'90屈服模型更适用于烘烤硬化钢H220BD制件的冲压有限元仿真。