动水头作用下花岗岩风化土的内部侵蚀机理

[目的]揭示动水头作用下花岗岩风化土侵蚀演化的动态过程,研究动态水力条件对土体内部侵蚀发展的影响,探明颗粒迁移规律与内部侵蚀机理,为深入研究花岗岩边坡的破坏模式与促滑机理提供理论依据。[方法]设计竖向土柱渗流装置,开展上升水头与正弦水头条件下花岗岩风化土柱的渗流试验,基于渗流土柱顶面与侧面的试验现象,从渗流速度变化、颗粒流失量变化和渗流前后颗粒级配、质量变化等方面,分析动水头作用下花岗岩风化土内部侵蚀的发育特征。[结果]①花岗岩风化土粒径差异较大,在骨架间存在微小孔隙,渗流冲刷作用使得土颗粒通过土体骨架间的孔隙运移流失。在内部侵蚀过程中,细颗粒流失量相对较多,粗颗粒流失量较少。②土体内部侵蚀作用是渐进发展的过程,在土体薄弱区域的结构最先产生变形与破坏。试验中渗流泉眼由土柱边界开始发展到土柱中部区域,渗流通道沿着渗流方向自下而上发育,水力条件短时间内发生显著变化会造成渗流通道快速贯通。③土体内部侵蚀作用将随渗流时间推进而趋于稳定,但正弦水头将“激活”土颗粒运动,加剧土体的内部侵蚀作用。加大水头变化幅度或减小水头变化周期,能够加剧土体内部侵蚀作用,导致水流运移速度加快以及颗粒迁移流失量增多。[结论]水力条件变化对土体内部侵蚀作用存在显著影响,正弦水头更能加剧颗粒迁移流失。

内部侵蚀砂土漏水漏砂试验及离散元数值模拟

砂土内部矿物成分的溶解、降解或内部侵蚀会造成土壤颗粒的损失,改变砂土土壤的微观结构,从而影响砂土的稳定性以及土体的强度和刚度。因此,为了研究不同内部侵蚀程度对引发漏水漏砂灾害的影响,通过引入一定数量的可溶解颗粒(盐)来营造内部侵蚀的情况,在水的渗透作用下,模拟了砂土内部侵蚀后漏水漏砂灾害,并通过三维离散元软件对试验过程进行模拟分析。结果表明,随着内部侵蚀程度从0%增加至30%,砂土沉降最大值从3.6 cm上升至6.6 cm,成拱时间从220 s缩减至140 s,内部侵蚀程度越大,颗粒接触力链越稀疏,导致土层表面塌陷沉降区越陡、越宽,天然滤层通道更深、更宽,砂土损失量越多。研究结果可为内部侵蚀砂土漏水漏砂灾害发生机理提供重要依据。

抛石坝内部侵蚀的三维电阻率成像试验研究

内部侵蚀是抛石坝的重要隐患之一,严重时会造成坝体坍塌。为了有效精准地探测侵蚀通道在抛石坝内部的分布情况,制作了内含侵蚀隐患的抛石坝模型,应用三维电阻率层析成像探测系统对抛石坝进行探测,采用连续线性估计算法进行反演分析存在侵蚀隐患抛石坝的成像特点。结果表明:在抛石坝预设侵蚀隐患处的电阻率图像会出现高电阻率异常的情况;采用结合连续线性估计算法作为反演算法的三维电阻率层析成像技术对抛石坝内部侵蚀进行探测,可实现内部侵蚀尺寸识别精度小于20 cm,侵蚀位置识别精度小于10 cm。连续线性估计算法作为三维电阻率层析成像的反演算法具有可行性和可靠性,对于推动航道整治建筑物的病险诊断具有重要的现实意义。

内部侵蚀砂土的三轴试验研究

由管涌等水土内部侵蚀作用产生的贯通侵蚀孔道是土体结构破坏以及边坡、水坝、堤防等失稳的重要原因之一。利用溶解土样中预制水溶性化学添加物的方法在三轴试样中还原内部侵蚀效果,结合弯曲元测试系统,探讨初始密实度、围压对侵蚀后土体力学参数的影响。研究结果表明:随着侵蚀过程的加剧,砂土的剪切波速逐渐降低,且降低幅度随围压和密实度的增大而增加;相较于纯砂试样,侵蚀试样的峰值强度出现一定降低,但两者残余强度差别较小。土体的内部侵蚀发展过程较为复杂,利用葡萄糖粉末的溶解过程模拟细颗粒在渗流作用下被带出的管涌侵蚀作用,可以精确控制侵蚀产生和发展过程中孔隙通路的形成过程,为研究侵蚀后土体力学性质提供了新思路。

土石坝坝基内部侵蚀规律研究现状述评

内管涌是土石坝坝基内部侵蚀的一种管涌现象,是大坝的安全隐患。由于它的发生难以预测、过程无法观测,对准确认识其机制造成很大的困难。已有大量的学者通过理论、数值模拟、试验研究对内管涌的机理进行探索。在分析大量现有的研究成果基础上,首先提出了内管涌的定义,分析了内管涌的研究意义。从理论研究方面阐述了内管涌侵蚀发生的水力条件与几何条件研究现状。从数值模拟方面,对目前国内外最新的有限元、离散元模型进行归纳,并提出现有的不足。在试验研究方面,对内管涌可视化试验的研究进程进行梳理。最后对各技术方法中所存在问题进行了分析讨论,并对今后的研究方向进行建议。

考虑内部侵蚀作用的砂土应力应变特性

为了研究内部侵蚀作用下砂土应力-应变特性,通过盐溶法进行一系列室内三轴剪切试验,研究了3种间断级配砂土由于内部侵蚀导致细颗粒流失后的应力-应变行为。通过在制样过程中向砂土样中加入一定量的盐,并在受控侵蚀条件下将盐溶于水中,以实现内部侵蚀过程中细颗粒的指定损失,然后对损失后试样进行了三轴压缩试验,研究了不同细颗粒流失量和不同间断级配条件下砂土的应力-应变特性。研究结果表明随着砂土细颗粒流失量的增加,砂土试样的破坏强度峰值呈逐步降低趋势,摩擦角φ逐步减小,大致呈线性规律,间断级配1、2和3型砂土摩擦角φ分别下降了5.8%、4.3%和4.5%;相同围压作用下砂土试样破坏强度峰值随着细颗粒含量占比的增加呈递减趋势,且围压越大,破坏强度峰值增加越明显;砂土的粗颗粒含量越大,其摩擦角φ越大。

内部侵蚀对地下结构影响的数值分析:在隧道渗漏问题上的应用

当地下水从衬砌接缝或裂缝进入隧道时,土体中的细颗粒会在渗流作用下从土体骨架上脱落流入隧道内,这种现象被称作内部侵蚀。然而,当前对隧道渗漏问题的研究中,并没有考虑土体细颗粒流失对隧道结构及周围土体的影响。因此,在连续介质力学框架下开发了一个两相四组分模型,以描述内部侵蚀过程及其引起的土体孔隙度、细颗粒含量及渗透系数等变化;结合一个与颗粒级配相关的非关联临界状态弹塑性本构模型,将细颗粒含量的变化与土体孔隙率、密实度及临界状态线的空间位置相关联以考虑内部侵蚀对土体力学性质的影响。研究结果表明,本模型可以描述隧道渗漏引起的侵蚀区域的时空演化全过程,而基于孔压降低的分析方法会低估渗漏引起的衬砌内力和地层变化。此外,研究还发现三维条件是准确模拟土体内部侵蚀过程的一个重要因素。

土石坝内部侵蚀的最新研究成果

内部侵蚀是威胁土石坝土堤安全的因素之一。介绍了2015年秋季期间举行的以大坝内部侵蚀为议题的重要会议。从内部侵蚀分类、监测及修复等方面,总结了土石坝、堤坝及防洪堤内部侵蚀的最新研究成果,提出了大坝安全风险评估的新方法。

探明堤坝内部侵蚀的雷达技术

为了提高瑞典的堤坝安全性。用来测定堤坝中心地带和坝心顶面的异常区域的雷达技术进行了试验，中心带内的异常可以表明内部侵蚀连续过程和较大的危险性，坝心顶面是一个基础参数，因为在斯堪的纳维亚曾讨论过暂时漫顶法作为抗御特大洪水的可能手段，探测土壤特征的时间变化率，坝心顶部的精确位置及其可变性的方法对分析内部侵蚀的危险性和规划补救措施将是很有用的，已研制出探测坝心顶面的系统。

土石坝内部侵蚀的检测

在最近的几年中，对土石坝内部侵蚀的探查已作了不少工作。部分是集中于实验室试验，或者根据水力和材料参数推导模型来评估内部侵蚀的风险。本文通过若干实例研究提供了温度测量在现场侵蚀探查中的应用。从２００ｋｍ以上的土石坝检查中获得的经验表明，可以在早期测出渗漏并且定位。也可以用测温方法确定现场的空隙流速。长期的温度监测可以探测坝中水力条件的变化。而且提出了用放射地球物理学方法检测细粒料输移的新概念。

董志塬区固沟保塬工程水土侵蚀病害现状及科学挑战

由于极端降雨和高强度人类工程活动的影响,黄土塬区沟头前进速度加剧,严重威胁黄土塬区经济社会发展。近年来实施的大规模固沟保塬工程虽然有效抑制了黄土塬区溯源侵蚀的发展,但是仍然存在严重的水土侵蚀病害问题。基于这一现状,以陇东黄土高原董志塬地区典型固沟保塬工程为研究对象,通过野外实地考察、查阅文献和综合分析等研究方法,对董志塬地区典型固沟保塬工程水土侵蚀病害进行调查分析。结果表明:固沟保塬工程水文调控功能可分为塬面拦蓄区、沟头填方截排区、沟坡削方截排消能区和沟道拦蓄区;固沟保塬工程目前遭受表水侵蚀病害、黄土工程地质界面潜蚀病害、截排水渠淤积堵塞病害及黄土沟谷灾害链等4大类病害;固沟保塬工程水文调控机制不明和水土互馈侵蚀灾变机理不清是当前面临的关键科学挑战;未来固沟保塬工程水土侵蚀病害的防治应重视生物土壤结皮、新型土壤改良材料的研发应用以及固沟保塬工程全过程质量监督。研究成果可为未来固沟保塬工程水土侵蚀灾变机理研究和工程规划设计提供借鉴。

内部侵蚀过程中土体失稳现象与阈值分析

应用渗流-颗粒耦合的三维数值模型,计算分析土体的内部侵蚀过程。模型采用离散元法(DEM)计算颗粒运动过程,用有限体积法(FVM)计算渗流流场,颗粒运动与流场之间通过共用封闭项耦合。模型复演经典试验得到的颗粒体系流动-变形特性,并建立了有效摩擦系数μeff与颗粒体系稳定性之间的联系,进而刻画了土体在水头阈值Hc下突发性失稳现象:当加载水头小于Hc时,μeff近似等于μ0,此时土体稳定,无内部侵蚀现象;当加载水头达到Hc时,μeff突增至μ1以上,此时土体突然失稳,内部侵蚀发生(μ0和μ1为计算率定值)。论文工作为深入认识堤防和土石坝中渗流侵蚀破坏机理提供了新的思路。

循环荷载下染色标定砂土内部侵蚀试验研究

内部侵蚀是造成堤防、大坝、路基等诸多结构失稳的主要原因之一。现有对土体内部侵蚀特性的研究大多基于静态加载,且无法定量描述细颗粒迁移的相关规律。为此,采用自主研发的土体渗透试验装置,对2组不同级配的染色标定砂土开展循环荷载作用下的内部侵蚀试验,探究循环荷载下砂土内部侵蚀过程中的水力响应机制,并定量描述流失颗粒的粒径组成及成分来源。试验结果表明:循环荷载-水头作用下,在现有土体稳定性判别方法中表现为稳定土体的试样A仍发生了一定质量的颗粒流失,之后又会达到新的平衡状态;而表现为不稳定土体的试样B则会发生持续且显著的颗粒流失,渗透系数显著增加。随着外部水头的提升,流失颗粒平均粒径逐渐增大、且流失颗粒所来源于土层逐渐加深。循环荷载-水头作用下,砂土试样间产生上下波动的孔隙水压力,在各层位间形成振荡的水力梯度,从而影响土体内部稳定性。研究结果加深了对内部侵蚀特性的认识,为完善相关病害的发展机制研究提供理论与试验支撑。

内部侵蚀分类及探测方法

根据主要发生在堤坝和小坝上的７０次失事情况分析，建议进行内部侵蚀分类。内部侵蚀或集中发生在排水管中即管涌，或呈分散状态即渗漏。管涌通常发生在水库蓄水期或洪水期，管涌发展很快，而且较为危险。而渗漏则较为缓慢，易于发现，但如果未被及时发现，那么会逐步扩展至断裂。要预防内部侵蚀的发生关键在于探测方法，其中温度测量是最简单而可靠的方法，测压计中这些定期量测比简单的压力测量更为详细。

含石膏质岩集料混凝土内部硫酸盐侵蚀评估方法研究

集料中掺杂过量的硫酸盐尤其是石膏会引起混凝土内部硫酸盐侵蚀,通过膨胀率和强度试验,研究了集料中掺杂石膏的粒径、掺合料种类和养护温度对混凝土抗内部硫酸盐侵蚀的影响,讨论了膨胀率、抗折强度和抗压强度这3个指标在评估混凝土内部硫酸盐侵蚀中的意义。结果表明:膨胀率能更好地反映混凝土内部硫酸盐侵蚀的大小,比较适合作为评价指标,而抗压强度和抗折强度因为存在数据跳差等问题,作为评价指标的参考性较差。

夹泥引起的混凝土内部SO_4^(2-)扩散特性及破坏模式研究与分析

SO_4^(2-)侵蚀引起混凝土特性劣化是混凝土破坏失效重要原因之一,盐渍土地区混凝土灌注桩桩身及地下连续墙由于施工原因引起的夹泥现象使得内部局部硫酸根离子较高,形成侵蚀性离子内部扩散源。以外部SO_4^(2-)在混凝土中扩散及侵蚀机理为理论基础,对外部侵蚀和内部侵蚀进行深入对比,并结合腐蚀反应的特点,提出内部侵蚀问题的影响因素。分析研究表明,内、外部侵蚀过程及破坏形态差异较大,不能简单利用外部侵蚀结论解决内部侵蚀问题;可将内部侵蚀的扩散分为核心区、延伸区和边缘区,而内部侵蚀性硫酸根离子的腐蚀终态可分为填充型、压密型和压碎型;虽然内部侵蚀往往不直接导致桩身混凝土结构破坏失效,但会形成不可见且随机分布的隐患区,因而混凝土内部侵蚀的试验研究亟待加强。

创新技术在混凝土面板堆石坝中的应用分析

本文以贵州省余庆县魁龙水库水利水电工程施工项目为例,对水利水电施工中混凝土面板堆石坝的技术问题进行了深入分析。文章详细探讨了在施工过程中遇到的主要技术问题。针对这些问题,文章提出了一系列创新技术解决方案,如纤维混凝土的优化应用,纤维混凝土的裂缝控制策略,强化堆石填筑与地质合成材料的结合应用,以及内部侵蚀控制与预警系统等。最后,文章总结了创新技术在提高水利水电施工质量和效率方面的重要性和实际应用价值。

海水珊瑚混凝土水分传输性能研究进展

海水珊瑚混凝土是符合国家“双碳”政策的绿色、环保、低碳建筑材料,在南海岛礁建设中具有非常好的应用价值。水分传输性能是研究海水珊瑚混凝土耐久性性能必须要面对的科学问题。通过调研发现海水珊瑚混凝土水分传输性能研究亟需解决的三个问题:传输通道及传输影响机理,内部盐侵蚀作用影响,以及水分传输理论模型建立。

水平渗流作用下无黏性土接触冲刷细颗粒起动机理分析

为了在细观层面上研究水平渗流作用下无黏性土接触冲刷的临界水力条件,构建了粗-细粒土层接触面上细粒土的两种冲刷起动模型。根据细粒土滑动和滚动两种失稳模式进行受力分析,并采用层流假设对流动切应力进行分析。提出了上部为粗粒土、下部为细粒土的无黏性土接触冲刷水平临界水力梯度的理论计算公式,依据试验中接触面可动细粒土起动位置的特征对公式进行了简化,并通过试验数据将本文公式与已有经验公式进行了对比,验证了其适用性。研究结果表明:水平临界水力梯度受粗-细粒土的粒径比和可动细粒土粒径的影响较大,受粗粒土孔隙率影响较小。该值与粒径比和粗粒土孔隙率成负相关,与可动细粒土粒径成正相关。当粗-细粒土粒径比不大于10时,接触冲刷不发生;当粒径比大于10且小于50时,临界水力梯度取决于粒径比和可动细粒土粒径的影响;当粒径比大于50时,临界水力梯度受可动细粒土粒径的影响较大。该文提出的公式中,可动细粒土的粒径值d_(i)由接触面上细粒土粒径分布特征决定,在计算时建议其取值不大于细粒土特征粒径d_(50);当细粒土粒径分布特征未知时,可取细粒土的特征粒径d_(15)。

堤坝涵管接触冲刷破坏模式分析

本文分析总结了涵管与堤坝土体结合面区域土体渗透变形或接触冲刷破坏影响因素,主要包括涵管材料、裂缝或孔洞、回填土性质、水头、水流类型、设计因素等。从后向侵蚀管涌和内部侵蚀机理出发,归纳了4种堤坝涵管接触冲刷破坏模式,即土颗粒流失进入无压涵管导致土体发生内部侵蚀、压力涵管内水外溢导致的内部侵蚀、沿涵管周围土体产生后向侵蚀管涌或内部侵蚀和涵管附近土体裂缝导致的内部侵蚀。应用连续统概念模型阐述了接触冲刷破坏发生发展过程和可能防御措施,有助于堤坝涵管工程设计、施工和后期运行管理。