反滤压重及埋深对深厚覆盖层允许坡降影响研究

反滤压重及埋深均会影响土体允许坡降,但目前尚无法量化这些影响。量化反滤压重及埋深的影响是合理确定允许坡降,科学评价坝基渗流安全的关键。采用轴向应力模拟反滤压重及埋深的作用,针对泸定水电站下游坝基(3)-1层,开展了(3)-1层级配包络线在不同轴向应力条件下的渗透试验,量化了反滤压重及埋深对(3)-1层临界坡降的影响。结果表明:随着轴向应力的增大,(3)-1层上包线和平均线土体的临界坡降呈线性增加趋势,而下包线土体的临界坡降受轴向应力影响很小。基于试验结果,量化了反滤压重和埋深对(3)-1层允许坡降的贡献,建立了随轴向应力变化的(3)-1层土体允许坡降公式,提出了可考虑反滤压重措施及土体埋深影响的允许坡降建议取值方法,该方法可供后续类似工程借鉴采用。

平原河网区水力坡降对城市内涝的影响分析

嘉兴市位于太湖流域下游的平原河网城市,城区内地面标高整体较低。嘉兴市雨水管渠的排出口一般淹没在河道水面以下,排水条件较为不利。因此,合理的水力坡降对减小城市的内涝风险十分重要。综合水面率、河网密度及雨水管渠入河前的流动距离等因素,选取能够代表嘉兴市总体排水特点的典型排水分区,借助MIKE水力模型软件,研究不同河道最高控制水位对应的内涝风险情况,分析出当水力坡降大于20cm时,能基本保障嘉兴市平原河网区在设计重现期下的排水安全。研究结果可为城市水利调度和开发建设中地面标高的控制提供参考和指导。

变荷载下考虑起始水力坡降与连续排水边界的固结解

采用连续排水边界的必要性及软黏土中水的渗流存在着起始水力坡降(i0)的现象已逐渐被认识,但变荷载下同时考虑连续排水边界条件和起始水力坡降的一维固结解析解还鲜见报道。针对外荷载随时间逐渐增加的实际情况,建立变荷载下同时考虑连续排水边界和起始水力坡降的固结模型。采用傅里叶变换及拉普拉斯变换获得模型的近似解析解,利用该解答分析动边界移动规律、超静孔隙水压力随时间的消散规律及平均固结度的增长规律。结果表明:在加载速率不变的情况下,起始水力坡降下排水面透水情况对固结性状的影响与其在达西定律下相同,透水情况越好,孔压消散速率越快;透水情况越差,超静孔隙水压力消散速度越慢。与完全透水边界条件下相比,连续排水条件下起始水力坡降i0对固结性状影响无明显改变,i0越大,移动边界到达土层底部的时间越长,固结完成时土中残留的超静孔压越大,按孔压定义的平均固结度越小;i0值越小,移动边界到达土层底部的时间越短,固结完成时土中残留的超静孔压越小,按孔压定义的平均固结度越大。在起始水力坡降和边界排水条件不变的情况下,随着加载时间的增加,超静孔隙水压力峰值越小,超静孔隙水压力达到峰值的时间越长,但加载时间对超静孔压残留值及按孔压定义的最终平均固结度无影响。

维持黄河口尾闾段中水河槽的临界河底坡降研究

研究维持黄河口尾闾段中水河槽的临界河底坡降,能为河口河道整治工程提供有效参数,对维持黄河口入海流路稳定具有重要意义。在河床演变最小功原理研究成果的基础上,推导出黄河口尾闾段最小功平均流速的数学表达式,计算分析尾闾段准平衡时期河段最小功平均流速与来水来沙条件、河段平滩流量以及河底坡降的函数关系,依据所建立的函数关系估算黄河口尾闾段维持平滩流量在4000 m^(3)/s的中水河槽所应控制的河底坡降范围。结果表明:黄河口尾闾段最小功平均流速与同时期的汛期平均流量、含沙量、来沙系数以及河段平滩流量之间的相关系数均大于0.9;尾闾段的河底坡降趋于调平,根据计算结果初步分析,维持尾闾段中水河槽的河底坡降范围应在0~0.087之间。

最速下降线(坡降线)及其自动查找

对坡降线作了深入具体的研究,给出了其微分方程形式及在离散情况下的近似表达;给出了坡降线自动生成的一种算法,并对其中的一系列理论和计算问题进行了探讨。

砂砾土各级颗粒的管涌临界坡降研究

基于渗透力概念在管涌问题研究中的具体应用,按照渗透力与土颗粒浮重间的极限平衡推导出能计算管涌土的砂砾土料各级大小土颗粒的管涌临界坡降公式,并经过国内外大量管涌试验资料的验证是合理可信的。

不同轴压下悬挂式防渗墙堤基渗透坡降试验

为了研究含悬挂式防渗墙的强透水堤坝坝基在不同轴压状态下的渗透特性,分别开展了3种不同高度防渗墙在不同轴向应力状态下的渗流-应力耦合管涌试验。结果表明:防渗墙端部位置渗透流速较大,更易发生渗透破坏;坝基平均渗透坡降随防渗墙高度增加而减小,防渗墙渗流轮廓线上,防渗墙端部的渗流梯度最大,应力状态对悬挂式防渗墙-砂砾石地基渗透坡降影响显著,管涌临界渗透坡降与轴压呈抛物线关系,防渗墙端部的渗透破坏坡降随轴压增大而线性增大。在此基础上,建立了用轴压表示的防渗墙端部渗透破坏坡降线性经验公式。

现代黄河水下三角洲粉土的临界水力坡降探讨

通过室内试验 ,测定不同密实度粉土的临界水力坡降。由试验结果可以看出 ,粉土的临界水力坡降与一般砂性土有着较大差异 ,一般砂性土临界水力坡降icr=(ρ- ρw)/ρw ,变化范围在0.8～1.5之间 ,而现代黄河水下三角洲粉土的临界水力坡降为9.5～16.5。同时对土体进行受力分析 ,考虑颗粒间的凝聚力 ,对以上结果产生的机理进行分析 。

考虑起始水力坡降的软土大变形非线性固结分析

软黏土中渗流存在起始水力坡降的现象已逐渐为人们所认识,但变荷载下考虑起始坡降的软土大变形非线性固结理论还很鲜见。考虑土中渗流存在的起始水力坡降及非线性压缩渗透特性,在拉格朗日坐标系中建立变荷载下以超静孔压为变量的软土大变形非线性固结模型并给出其有限差分解。在此基础上,通过与达西定律下大变形固结半解析解对比分析,验证了解的可靠性。最后着重分析起始水力坡降对软土大、小变形固结性状影响的差异。结果表明,无论采用小变形假定还是采用大变形假定,考虑起始坡降后超静孔压的消散速率及最终沉降量均比达西定律下小。大、小变形假定下起始坡降均会引起超静孔压不能完全消散的现象,且大变形假定下超静孔压残留值要小于其小变形假定下的残留值,致使大变形假定下土层最终沉降量要比其小变形假定下大。起始水力坡降和几何变形假定均会影响固结性状,且起始坡降值无疑影响更明显,故在软黏土中渗流存在的起始水力坡降在固结计算中不容忽视。

考虑起始水力坡降时粘性土渗透系数的确定

基于粘性土的达西定律和水流连续性原则,建立了考虑起始水力坡降时粘性土的渗透系数公式和起始水头计算公式,并通过渗透系数的极差、反算水头和实测水头的最大偏差和均方差来评价所提出的公式和规程公式的误差。实例分析结果表明:考虑起始水力坡降后,采用所提出的公式得到的渗透系数大于采用规程公式得到的渗透系数值;所得到的渗透系数本身的极差、反算水头与实测水头的最大偏差以及均方差均小于规程中不考虑起始水力坡降时得到的相应值;考虑起始水力坡降后的粘性土的渗透系数更能反映粘性土的实际渗透情况。

砂砾石土的管涌临界渗透坡降预测方法

内部结构不稳定的砂砾石土在渗流作用下可能发生细颗粒移动流失现象,从而降低砂砾石土地基的承载力。确定坝基砂砾石土的管涌临界渗透坡降,是砂砾石地基上堤坝设计和防渗安全分析的重要内容。基于砂砾石土在渗流作用下单个颗粒或颗粒群的力平衡理论,推导了砂砾石土发生管涌的临界坡降的预测公式。基于文献中64组垂直向上的砂砾石土管涌试验,采用Kenney-Lau稳定性判别方法结合Kezdi粒径比法分析了土体的内部稳定性,表明该方法是利用颗粒级配曲线判别砂砾石土内部稳定性的有效方法。通过对41组发生管涌的砂砾石土的临界渗透坡降的预测与试验结果比较,表明渗流作用下砂砾石土内部颗粒所受到的渗透力与颗粒表面积成正比的假定合理。提出的基于颗粒群启动模式假定的公式计算值,比文献中其他方法更接近于试验结果。

砂性土细颗粒起动临界水力坡降计算方法

地下水渗流作用下内部不稳定砂性土将发生潜蚀现象,潜蚀作用引起的土体渗透破坏会对土工建筑物或地基造成不良影响。考虑土体有效应力和细颗粒应力折减,建立渗流场中细颗粒受力模型,根据极限受力平衡状态得到潜蚀过程中砂性土细颗粒起动临界水力坡降计算公式,并通过DEM-CFD耦合方法以及现有试验数据进行验证。结果表明:砂性土中细颗粒以滚动方式起动,起动临界水力坡降受渗流水流、土体特性以及颗粒自身特性共同影响;砂性土表层细颗粒起动临界水力坡降受埋深影响较大,埋深1 cm的细颗粒最高、最低起动临界水力坡降相差10.169%,埋深10 cm时差异减少至1.061%。该计算方法与数值模拟和渗流试验结果的最大标准误差分别为6.038%、11.211%,可以较为准确地预测砂性土细颗粒起动临界水力坡降。

基于旋转水槽试验的泥石流阻力坡降速率效应研究

使用自主研发的旋转水槽制作稳定循环流动的泥石流,通过实测泥石流阻力坡降和流动速度,探索泥石流阻力坡降的速率效应。在旋转水槽试验中,通过控制线速度v,制作出稳定循环运动的泥石流,其阻力坡降J等于槽底坡降tanθ,可以实测。试验再现了野外的泥石流运动特性,观察到"龙头"、颗粒弹跳、低阻力坡降、固液相分离、剪切速率效应等现象。试验结果表明,在一定的流动速度范围内(例如试验中1.88m·s-1≥v>0.47m·s-1),泥石流的流动速度越高,阻力坡降越大;如果泥石流运动速率过低(例如试验中v<0.47m·s-1),泥石流会出现固液两相分离现象,砾石(粒径>2mm)运动明显落后于液相运动。本项目的试验研究成果为泥石流制作和阻力坡降测量提供新途径,为泥石流阻力坡降的速率效应理论研究提供实验支持。

基于河长——坡降指数的滑坡堵江事件自动识别

由于本身特征的复杂差异性和背景环境信息干扰,目前地质灾害自动识别难度较大,尚无法满足应用需求。利用算法自动提取某类地质灾害普遍具备且明显区别于周围地物的特征,是实现地质灾害自动识别的有效途径。一定规模的滑坡堵江事件常通过链式过程在山间河谷形成裂点等诸多微地貌特征,成为其遥感解译和现场调查的重要标志。本文从河流地貌演化角度出发,以河流裂点作为滑坡堵江的普遍地貌特征,提出了基于河长-坡降指数(Stream Length-gradient index,SL)的滑坡堵江事件自动识别方法,并通过GIS程序设计和编写提供了相应功能模块。以DEM、遥感影像和区域地质图为数据源,利用该方法在西藏亚东县康布麻曲上游流域开展应用分析,得到以下结论:针对1︰5万DEM数据,采样点计算间隔设定为300m比较合理,能够同时满足降低数据误差和突出地形差异的要求;研究区中不同因素按照对河流地貌的改造程度,排序为滑坡堵江>基岩变化>构造活动;经验证研究区滑坡堵江事件自动提取的正确率达85.71%,表明在高山峡谷地区,基于河长—坡降指数开展滑坡堵江事件自动识别具有可行性,效果理想。

考虑起始水力坡降的软黏土流变固结解析解

软黏土中渗流存在的起始水力坡降会对固结性状有重要影响已逐渐被认识。但能同时考虑起始水力坡降及软黏土流变特性的固结理论仍鲜见报道,对其解析解的研究更为罕见。针对现有理论的不足,考虑软黏土中渗流存在的起始水力坡降及黏性土的流变特性,基于太沙基1维固结理论建立其控制方程,应用拉普拉斯变换获得其解析解。目前存在的考虑起始水力坡降的线性固结解析解和达西定律下考虑流变模型的固结解析解均是本文解的特例,且本文所得解析解与相应差分解的计算结果十分相近。基于该解析解着重分析了起始水力坡降和不同流变模型对固结性状的影响。结果表明:考虑软黏土流变特性后,起始水力坡降(i0)、土层厚度(H)与外荷载(q0)的比值(R)对固结性状的影响并未发生明显改变;R值越大,移动边界到达土层底面所需时间越长,相同时刻土中残留的超静孔压值越大,土层平均固结度越小。考虑流变特性后,移动边界到达土层底面的条件发生改变。如果流变模型参数取值相同,不同流变模型下软黏土固结初期超静孔压消散曲线基本重合,移动边界随时间的下移曲线亦基本重合;固结后期超静孔压消散曲线虽略有差异,但其对计算结果影响甚微,可忽略。

考虑起始水力坡降的软土一维非线性固结分析

建立了考虑起始水力坡降的软土非线性固结控制方程,利用有限差分法求取其数值解答,通过与达西定律下的解析解相对比验证了数值计算的可靠性.在此基础上,分析了不同参数对固结性状的影响,研究结果表明:起始水力坡降越大,渗流前锋至土层底面所需要的时间越长,超静孔隙水压力的消散速率越慢;cc/ck值越大,渗流前锋移动速率越慢,土层的固结速率也就越慢;渗流前锋的移动速率随着荷载的增大及土层厚度的减薄而加快;cc/ck=0.5时,土层固结速率随着荷载的增大、土层减薄而逐渐加快;cc/ck=1.5时,土层固结速率随着荷载的增大、土层减薄而逐渐减慢.

考虑起始坡降双层地基的大应变非线性固结

天然软土成层分布特性及土中渗流存在起始水力坡降的现象已被人们熟知。但变荷载下能同时考虑黏土中起始水力坡降、软土非线性压缩渗透特性及大应变特性的双层地基固结理论还鲜见报道。在拉格朗日坐标系中建立以超静孔压为变量的双层软土地基大应变非线性固结模型并给出其有限差分解。通过与考虑起始水力坡降的单层地基大应变非线性固结数值计算结果对比,验证了差分解的可靠性。着重分析了上、下土层起始坡降无量纲参数R_1、R_2对双层地基固结性状的影响,分析在大应变与小应变假定下双层地基超静孔压消散及固结沉降变形的异同。结果表明:上层土无量纲参数R_1对双层地基固结性状的影响程度较下层土无量纲参数R_2显著;大应变假定下双层地基渗流前锋的下移速度要快于小应变假定下的移动速度;大应变假定下考虑起始水力坡降的双层软土地基超静孔压消散速率要比小应变假定下快,且大应变假定下考虑起始水力坡降的双层地基最终沉降量要比小应变假定下大。

奇点附近渗透出逸坡降的测定

奇点附近的渗透出逸坡降甚大,且沿深度变化甚快,在模型试验中难以测定.应用理论分析结合电拟试验,提出了一简便又有一定精度的测试方法.虽然此方法仅适用于施测奇点附近的小区域,但由于奇点附近小区域的出逸坡降甚大,为整体工程渗流稳定的控制区,因此,本测定方法有一定的实用价值.

渗流作用下颗粒土起动临界坡降研究

地下水渗流过程中内部不稳定的颗粒土将发生潜蚀现象,潜蚀作用引起的土体细颗粒迁移流失将对土工建筑物或地基造成不良影响。为了得到渗流作用下颗粒土细颗粒的起动临界坡降,从细观角度出发,分析细颗粒的受力情况,建立渗流作用下的土颗粒受力模型,根据力矩平衡得到细颗粒起动对应的临界坡降,分析埋深、粒径、暴露角等参数对起动临界坡降的影响规律。得到以下结论:(1)埋深较小时起动临界坡降受粒径影响较大,粒径0.1 mm和0.4mm的细颗粒,埋深1 cm时起动临界坡降相差19.4%,埋深5 cm时相差1.3%;(2)起动临界坡降受暴露角影响,暴露角对起动临界坡降的影响随埋深增加而减小,粒径0.1 mm的细颗粒,埋深1 cm时最大和最小起动临界坡降相差5.3%,埋深2 m时相差0.03%。

考虑起始水力坡降的天然非均质地基固结分析

实际工程中通常为未经处理的天然非均质地基。低水力坡降下黏性土中渗流存在起始水力坡降的现象也逐渐被认可,但能考虑起始水力坡降的非均质地基固结模型鲜见报道。基于具有起始水力坡降的渗流模型,考虑实际中的变荷载,对压缩模量和渗透系数随深度变化的非均质地基固结问题展开研究。通过压缩模量随深度增加及渗透系数随深度减小考虑天然地基的非均质性,进而建立了单层非均质地基一维固结模型。分析了起始水力坡降i_0,非均质地基参数a、x、m和p对非均质地基固结特性的影响。结果表明:考虑起始水力坡降后非均质地基中孔压消散速率变慢,地基沉降以及固结速率随之降低;固结速率与参数a、x成正比,而地基的最终沉降量与之成反比;参数m越大,p越小,固结速率越快,但渗透系数仅改变地基的沉降速率,不会影响非均质土层的最终沉降量。