水-土相互作用对土体裂隙水流的影响

分析了土体裂隙介质的渗透空间结构， 概化了其水文地质模型； 从流体动力学角度探讨了水－土相互作用的力学显现和对土体裂隙水流运动的影响， 讨论了水－土相互作用与水流运动互为影响、互为控制的内在关系。

饱和土-隧道动力相互作用对地震动土作用和孔隙动水压力的影响

本文利用间接边界元方法,研究了饱和土-隧道动力相互作用对隧道地震动土作用和孔隙动水压力的影响,考虑了不同隧道质量和埋深,以及地震波斜入射情况。饱和场地根据Biot理论模拟为两相介质,通过将饱和两相介质模型所得隧道地震动土作用与单相介质模型结果进行比较,分析了饱和土骨架和孔隙水动力耦合作用的影响。结果表明,饱和土-隧道动力相互作用对地震动土作用有明显放大效应,本文算例中,隧道水平地震动土作用较自由场结果最大放大1. 7倍,竖向地震动土作用较自由场结果最大放大1. 6倍;饱和土骨架和孔隙水的动力耦合作用对隧道地震动土作用大小也有显著影响,本文算例中,单相介质模型所得地震动土作用较饱和两相模型的最大差别可达210%。

天津市塘沽低温热储回灌的水-岩相互作用地球化学模拟

地球化学模拟是了解早期阶段回灌影响的有效方法．对塘沽热田的地热回灌试验进行了地球化学模拟，以地热供暖尾水作为初始反应流体，通过模拟其与储层岩石的水－岩相互作用，确定回灌对储层性质的影响．模拟是根据回灌水在不同温度下分别与岩石反应及在不断升温过程中连续与岩石相互作用而进行的．结果表明，回灌的影响在开始阶段是相当重要的，在仅考虑溶解和沉淀矿物间体积平衡的情况下，回灌对储层的孔隙度产生正的效应．水－岩相互作用形成的次生矿物组合为玉髓、方解石、白云母、高岭石和斜绿泥石，回灌水的化学组分趋于储层中热水的成分．

高渗压下水—岩相互作用试验研究

新研发的岩石高压渗透试验仪以静态伺服阀为主要控制元件,在脱离计算机控制条件下可使试样进水端水压保持不变。出水端水压采用调速阀控制,实现了高渗透压力下长时间的水-岩相互作用试验研究。在此基础上,提出了水-岩作用渗透液体不同时段各离子浓度变化的分析方法,并容易得到不同时段试样渗透性变化规律。为研究水-岩作用对岩石强度的影响,按基本相同条件,对该试样及未经长期水-岩渗流作用同一岩性试样进行了高渗压下的常规三轴试验,提出以试样临近破坏时的有效侧向应力大小进行强度分析,并按上述实际所加侧向压力大小及有效侧向压力大小,进行了常规饱水三轴压缩试验。试验得出,所研究蚀变岩在高渗压下水-岩作用结果与常温、常压条件测试结果类似,蚀变岩与库水的水化学反应微弱,对其自身岩体的渗透性及力学性质影响均较小。

毛细-吸附作用下考虑孔隙比影响的单/双峰土体持水曲线模型

基质吸力-饱和度的本构关系对研究非饱和土强度和变形具有重要意义。为考虑土体中存在的不同孔隙结构,以及孔隙比对毛细和吸附作用的不同影响,建立了一个单/双峰土体持水曲线(soil-water retention curve,简称SWRC)模型。明确区分了毛细和吸附作用的持水机制,将毛细饱和度和吸力的关系描述为与孔径分布特征有关的函数,而对吸附饱和度的模拟中显式地考虑了毛细凝聚的影响,并提出了毛细和吸附饱和度的解耦公式。此特性为合理地考虑SWRC对孔隙比的依赖关系奠定了基础,即孔隙比对SWRC的影响主要作用在毛细水部分,这也与微观试验揭示的规律一致。基于改进的模型提出了一种不同初始孔隙比下非饱和土强度的预测方法。利用不同类型土体的持水试验和强度试验数据验证了模型的有效性。

CO_(2)-水-岩相互作用对CO_(2)地质封存体物性影响研究进展及展望

CO_(2)-水-岩相互作用是CO_(2)地质封存的核心问题,CO_(2)的注入打破了岩石-地层水化学平衡,引发的地层水化学性质改变、原生矿物溶蚀和次生矿物沉淀,会导致储层和盖层岩石孔隙度、润湿性、力学性质等物性变化并进而影响CO_(2)的注入能力、封存效率以及封存安全性与稳定性。从CO_(2)-水-岩相互作用机制出发,系统阐述了CO_(2)-水-岩相互作用对地层岩石孔隙度、渗透率、润湿性、力学性质的影响研究进展。研究表明,CO_(2)-水-岩相互作用导致岩石孔隙度和渗透率的变化与其初始孔渗特征和矿物组成密切相关,岩石孔渗特征的改变直接影响储层的注入能力与封存潜力和盖层的封闭能力。润湿性的变化与初始亲水亲油特征有关,CO_(2)-水-岩相互作用通常会减弱亲水岩石而增强亲油岩石的水润湿性,进而影响多相流体在岩石孔隙中的微观分布与渗流特征。由于胶结物溶蚀以及溶蚀孔的形成,CO_(2)-水-岩相互作用会引起岩石损伤,抗压强度、抗拉强度、弹性模量等力学参数减小,一定程度上影响封存安全性。碳中和背景下,微纳米尺度孔隙、深地微生物介导、非纯CO_(2)或工业尾气注入、封存全周期等情景下的CO_(2)-水-岩相互作用及岩石物性响应仍有待深入研究。

以二相饱和介质为模型的地基与结构相互作用的动力有限元分析

本文首次将海洋地基土模型化为二相饱和介质进行土壤地基与海洋平台结构相互作用的动力有限元分析,文中给出了分析原理,并以此为基础编制了动力子结构分析程序。算例结果表明孔隙水存在对结构和地基的受力与变形的影响。文末对该课题有待进行的一些工作进行了论述。

基于衬砌长期渗漏水影响的隧道施工扰动诱发超孔隙水压消散及地层固结沉降解

基于Terzaghi-Rendulic固结理论,采用保角映射和分离变量法,计算得到隧道衬砌半渗透漏水边界条件下,盾构施工扰动引起的隧道周围土体超孔隙水压力消散解和地表土体固结沉降,通过工程实例进行验证,发现理论方法与实测数据趋势一致;此外,利用参数分析获得了土体固结沉降和超孔隙水压力的分布影响规律。结果表明:衬砌与土体的相对渗透比越大,固结沉降的初始速率越大,但不影响最终收敛值;土体弹性模量越小,最终固结沉降量越大;土体中超孔隙水压力随着时间增加,在隧道开挖后较短时间里以较大幅度逐渐消散,消散到约为初始值的1/10时减幅放缓;距离衬砌外壁越远,土体初始超孔隙水压力越小,其消散速度也越慢。

采动土体裂隙水流运动特征的研究

讨论了采动土体裂隙介质的渗透空间结构是一特殊的变形介质，隙壁的形状和性质是变态模拟试验研究的两个重要问题，分析了采动土体裂隙水流运动的过程和变化，指出其运动是包含定向与入渗的两种运动，并发生了水－土相互作用，临界水位上升速度及有效持续时间控制了流量的变化；裂隙水力参数中隙宽对水流的影响是主要的。

土体非线性对水泥土挡墙水平位移的影响

采用比较符合实际的双曲线模型来描述土体与水泥土挡墙之间的非线性相互作用,并假定墙体为刚体,且考虑墙体重量与墙底土的抗剪和抗倾覆作用,得到了表示平衡的非线性方程组.求解时,将其转化为求极值问题的极值点.结果表明:双曲线模型和线性模型算得的水平位移随开挖深度变化的规律基本相似,但双曲线模型的结果较大,且随着基坑开挖深度的增大,两种模型算得的土压力分布的差异越来越大,即土体的非线性的影响也越来越显著.

虚拟仿真APP开发在土体孔隙细观两相渗流研究中的应用

为揭示土体孔隙结构对细观渗流机理的影响,并探寻一种简便、高效的研究方法,选取福建省福州市某地原状花岗岩残积土作为研究对象,以水-气两相耦合问题为例,基于计算机断层扫描(CT)和虚拟仿真APP开发技术研究土体孔隙中细观渗流规律。结果表明:水-气两相渗流过程存在大孔隙优先流特征,且“绕流”现象一般易于出现在孔隙成圆度较高部位。受水、气相参数的限制,部分死角孔隙形成了只含气相的封闭空间。两相渗流速度主要受孔道迂回程度控制,孔径大、弯曲程度低的孔隙中渗流速度相对较大,且存在明显的“优势通道”。发生“绕流”现象部位的流速远小于其周围的渗流流速。土体孔隙两相渗流压力场分布存在不均匀性。仿真APP可将复杂的理论和物理场封装起来,使科研工作者面对友好的自定义界面,可极大提高科研效率。

饱水黏性土释水响应压力规律研究

利用亲水性各异的饱和黏性土在不同压力条件下的压密试验,开展饱水黏性土体中弱结合水与应力、亲水性之间关系的研究。结果表明:随着外界压力增加,土体孔隙比达到某一临界值后,土体中弱结合水才随着孔隙比减小而排出,且所排出的孔隙水总量与土体体积总压缩量并不相等;在试验条件下,排水总体积大于土体压缩总体积,两者的差值随外界压力增加而呈非线性关系的增大;黏性土体的亲水性,对弱结合水排出的临界孔隙比和上述非线性关系有直接影响;对不同亲水性土体中的上述非线性关系,依据试验实测数据,构建相应的函数关系。试验成果可为相关的研究提供参考。

不同地区原状黄土土水特征曲线试验研究及其在边坡稳定性评价中的应用

我国黄土具有明显的区域分布特征,从空间平面上把握其非饱和特性分布规律具有一定的现实意义。以Ⅰ带—兴县、Ⅱ带—富县和Ⅲ带—西安原状黄土为研究对象,测定了黄土不同含水率条件对应的基质吸力,对试验数据拟合得到土水特征曲线变化规律,并利用干燥过程的土水特征曲线对一维无限边坡稳定性进行研究。结果表明:兴县、富县、西安原状黄土土水特征曲线在地理空间分布上具有一定的规律性;沿兴县—富县—西安,黄土土样进气值逐渐减小,降湿率呈减小趋势,残余含水率呈增加趋势; Van Genuchten模型对黄土原状土样拟合效果比Gardner方程更好,简化的Van Genu-chten模型对各地区黄土均能较好地拟合;随着深度的增加,边坡稳定性系数逐渐降低,同时随着饱和度的降低,边坡稳定性系数逐渐增加;同时兴县黄土边坡较为稳定,主要是兴县黄土的基质吸力项对抗滑力的贡献要明显大于富县和西安黄土。

双孔隙结构重塑非饱和膨胀土的抗剪强度特性

针对具有双孔隙结构(即集聚体间和集聚体内孔隙)及双峰持水曲线的内乡膨胀土压实样,进行了一系列宽广吸力范围内非饱和土三轴剪切试验及峰值强度演化规律的研究。试验结果表明:在净应力相同的条件下,中低吸力下的应力应变关系为应变硬化,伴随明显的剪缩变形;高吸力下为峰值后软化,在经历了1%~3%的体积收缩变形之后开始出现剪胀。试样的脆性随吸力的增加而增长,在中低吸力下呈桶形或中心鼓形的延性破坏模式,在高吸力下发生应变局部化现象,伴随着明显的剪切带出现。此外,脆性增加了峰后软化的幅度,表现为峰值偏应力与残余破坏状态之间的差值增大。基于区分毛细和吸附作用的双峰持水曲线(SWRC)模型,针对内乡膨胀土与其它具有双孔隙结构及双峰SWRC的土体在毛细吸应力空间进行了峰值强度分析,将吸力从孔隙应力尺度乘以毛细饱和度变为骨架应力尺度时,其呈现的强度包络线为双折线特征。理论分析表明,低吸力范围内,双孔隙结构非饱和土的抗剪强度由饱和强度与毛细吸应力贡献;高吸力范围内,抗剪强度应由饱和强度、毛细吸应力与胶结作用提供。

土体、土骨架、土中应力及其他——兼与陈津民先生讨论

在土力学学科中有一些名词、术语和概念常常是人为定义的,可能存在着歧义,有必要深入讨论达成共识。在本文中,就土的自重压力与附加运力、浮密度与浮容重、静孔隙水压力与超静孔隙水压力以及渗透力等概念提出了作者的意见,以期引起同行们的兴趣与讨论。

软土地基水泥土搅拌桩施工扰动情况现场测试及分析

基于某软土路基水泥土搅拌桩加固工程,设计并进行现场试验来研究水泥土搅拌桩施工过程中对周围土体的影响,测量了施工过程中,周围土体中孔隙水压力和土体位移的变化情况.结果表明:水泥土搅拌桩周围土体的扰动情况与离桩距离、桩到达深度有关;大面积水泥土搅拌桩施工时,孔隙水压力和土体位移都会不断累积增加;泥土搅拌桩由近及远施工比由远及近施工,对周围土体的扰动小;得到最大孔隙水压力增量与打桩点距离之间的拟合关系式.上述结论为软土地区的水泥土搅拌桩的设计和施工优化提供了指导性的意见.

高渗压下岩体水力学特性研究进展

工程中涉及高水压条件的情况越来越多,高渗压下岩体水力学特性研究已成为岩土工程中急待解决的前沿性课题。从5个方面介绍目前岩体水力学特性研究的最新成果,系统总结和分析目前最新的研究成果,对研究理论和方法中存在的问题进行深入探讨。认为试验设备和试验仪器的局限性是该领域研究的瓶颈,应该加强试验装置研发和岩体在高渗压下水力学行为机理研究。

饱和土动力问题求解的隐-隐格式交替解法

研究饱和土受地震这样的非高频动力荷载作用时,采用固相位移和孔压为基本未知量的u-p形式的方程相对比较简单。对这一方程的求解采用无条件稳定的隐—隐式交替解法有很多的优点。在Zienkiewicz提出的无条件稳定的隐-隐格式高效算法的基础上,结合Bazzi等提出的ρ-方法,建立了一种新的无条件稳定的隐—隐格式交替解法。文章详细地证明了这种方法的无条件稳定性,并将其应用于求解饱和一维土柱模型。数值算例表明,此方法能更有效地减少位移和孔压时程曲线的振荡。