利用埋管水压渗透恢复水库滩库容试验研究

水库滩库容损失后极难恢复,探寻有效的滩库容恢复途径十分必要。基于概化水库的滩库容恢复实验,采用埋管水压渗透方法,在水下淤积物底层预埋槽孔管,促使泥沙加压液化,最终在管道上方形成顺管道线的三角形输沙横断面。试验结果表明,压力水流进入上下开孔的槽孔管后,边滩泥沙整体向上起动,而后向主槽移动,清淤效果较为明显;压力水流进入左右开孔的槽孔管后,靠近主槽的边坡泥沙最先落回,而后边坡逐渐崩坍并向高滩蔓延,输沙断面慢慢扩大,从而达到滩库容恢复的目的。

高渗透水压力环境下混凝土湿度响应试验研究

基于自主研发的高渗透水压力加载试验系统,研究了3种强度等级混凝土在4种不同高渗透水压力持续作用3、10、24、72、240 h后混凝土含水率变化规律,通过压汞法测定了高渗透水压力作用下的混凝土孔隙结构特征,揭示了不同水压力作用下混凝土含水率演化的微观机理,并构建了混凝土在不同水压力作用下的含水率预测方程。结果表明:高渗透水压力作用下混凝土含水率随作用时间的延长而快速增大,渗透水压力越高,混凝土强度等级越低,混凝土到达饱和状态所需时间越短,饱和含水率越高;1、2、3 MPa渗透水压力下的C15混凝土饱和含水率分别为0 MPa条件下的1.12、1.13、1.19倍。

渗透水压作用下全尾砂胶结充填体的三轴力学特性及演变机制

为了明确渗透水压作用下全尾砂胶结充填体的三轴力学特性及演变机制,对全尾砂胶结充填体开展了不同渗透水压作用下的三轴力学试验和扫描电镜试验,分析了渗透水压对全尾砂胶结充填体的三轴力学特性和微观结构特征的影响规律,并基于损伤理论和有效应力原理建立了渗透水压作用下全尾砂胶结充填体的损伤本构模型。研究结果表明:随着渗透水压的增加,全尾砂胶结充填体峰值应力与弹性模量均呈线性减小趋势,且随着灰砂比的增加,渗透水压对峰值应力的弱化作用逐渐减弱,对弹性模量弱化作用逐渐增大;渗透水压会劣化全尾砂胶结充填体内部结构,加速微孔隙与微裂纹的产生与发展,全尾砂胶结充填体内部结构的分形维数随渗透水压增大而增大;通过试验数据对建立的渗透水压作用下全尾砂胶结充填体的损伤本构模型进行验证,两者的应力-应变曲线较为吻合,表明建立的模型能较好地描述渗透水压作用下全尾砂胶结充填体的三轴力学行为。研究结果可为富水矿山全尾砂胶结充填体三轴力学性能指标设计提供一定理论指导。

渗透水压作用下完整砂岩剪切-渗流耦合试验研究

利用自主研发的煤岩剪切-渗流耦合试验装置,开展了渗透水压作用下完整砂岩试件剪切-渗流耦合特征试验研究。结果表明:(1)在恒定渗透水压情况下,法向应力越大,砂岩的抗剪强度越高,法向变形则越小,砂岩的剪切变形过程可分为3个阶段:剪切变形的线性增长阶段、非稳定破裂发展阶段和剪断后的摩擦滑移阶段;(2)在恒定渗透水压情况下,法向应力越小,法向和剪切变形量越大,剪切断面的起伏程度越大,表面次生裂纹发育越明显、发育范围越宽,砂岩的破坏程度越严重;(3)在整个剪切过程中,剪应力出现几次明显的应力降,首次应力降出现在线弹性变化末期,同时伴有水流流出,说明首次应力降是第一条宏观贯通的裂纹所致,且法向应力越大,裂隙越窄,导水能力越差。

渗透水压作用下类岩石材料张开型裂纹启裂特性研究

在探讨渗透水压和远场应力共同作用下张开型裂纹的启裂规律及裂纹尖端应力强度因子的演化规律的基础上,建立压剪应力场和渗流场共同作用下含预置裂纹类岩石材料的损伤断裂力学模型和裂纹尖端应力强度因子演化方程,提出运用裂纹尖端应力强度因子作为判断压剪岩石裂纹的启裂准则。研究结果表明:张开型裂纹尖端应力强度因子受围压、渗透水压力、裂纹尖端曲率半径以及裂纹倾角等因素的影响;裂纹启裂角随预制裂纹角度的变化不大,其值约为70.5°;裂纹启裂强度与渗透水压力、裂纹长度、裂纹尖端曲率半径成反比,与围压的大小成正比,此外还与裂纹倾角有关。算例验证表明,运用不同的断裂判断准则均可得出岩石裂纹初裂强度随渗透水压力的增大而呈减小的趋势。且进一步的试验也验证了启裂强度与渗透水压成反比而与围压成正比;当裂隙角度为30°时裂纹启裂强度最大,60°次之,45°最小。提高渗透水压可显著降低张开型裂纹的启裂强度,这一结果可为深部高应力岩体诱导破裂提供新的思路。

渗透水压对节理应力-渗流耦合特性的影响试验研究

为研究渗透水压对节理应力-渗流耦合特性的影响,通过对6组人造节理试件恒定法向载荷和恒定法向刚度的压剪渗流试验,分析了应力和位移、节理水力开度以及透过率随剪切位移的变化趋势,获得了渗透水压对节理岩石应力-渗流耦合特性的影响规律。结果表明:节理试件的剪切应力和位移、水力开度以及透过率都与渗透水压密切相关。剪切应力随渗透水压的增大而减小,法向变形、水力开度和透过率却随渗透水压的增大而增大。在压剪渗流试验过程中,不同渗透压力的节理试件都发生了剪胀效应。研究可为深部岩体工程围岩遇水作用稳定性及渗流灾害控制技术提供科学的理论依据。

渗透水压力作用下软岩蠕变特性及变参数蠕变模型

针对渗透水压力作用下极软岩石巷道蠕变变形量大、容易突水等问题,选取油页岩为软岩试样,采用室内蠕变试验与理论分析相结合的方法,分析渗透水压力作用下软岩蠕变特性,建立了考虑渗透水压力的变参数软岩损伤蠕变模型。结果表明:随应力水平提高,起始蠕变速率增大,进入稳态蠕变阶段用时延长,瞬时应变以线性关系增加;在蠕变过程中,随渗透水压力增加,岩石蠕变变形量呈先减小后增加的趋势,表明渗透水压力增大了岩石蠕变变形的能力;采用1st-Opt中的Levenberg-Marquardt+通用全局优化法反演蠕变参数,所得理论曲线与试验曲线吻合较好,表明所建模型合理。

单轴–三轴和渗透水压条件下砂岩应变特性的CT试验研究

常规的应力应变试验难以清晰地反映砂岩在不同应力状态下的细观应变特性,然而,砂岩细观应变特性对一些工程的影响是非常巨大的。通过螺旋CT机以及与其配套的实时三轴加载和渗透压力设备对砂岩进行各种应力状态下的应变特性试验,反映出不同应力状态下的砂岩的应变特性有很大不同。结合CT图像和CT数的分析,对砂岩应变过程中的孔隙率的变化能直观地进行计算,以及对CT数方差的分析,能较简单地判断出砂岩的应变特性以及破坏模式。研究结果表明:(1)在单轴和三轴压力作用下,砂岩CT数方差变化剧烈的地方发生脆性变化,而方差比较稳定的地方发生塑性变化;(2)当有渗透水流作用时,砂岩应变特性与干砂岩的应变特性有明显差异,峰值强度显著增大,残余强度也明显增加;(3)砂岩在单轴干燥状态下是发生脆性破坏,而在有渗透压力和围压的情况下发生的是塑性破坏,有围压而没有渗透压作用时的破坏介于两者之间。

渗透水压力对节理裂隙岩质边坡的影响

基于岩体裂隙网络模型 ,对含二维平面单裂隙的岩体 ,分析了渗透水压力与岩体应力场间的相互影响关系 ,研究讨论了渗透水应力 (渗透静水压力及切向拖曳力 )、岩体中应力场和裂隙间的相互耦合作用关系 。

考虑渗透水压力的黏土与混凝土接触面力学特性

采用大型直剪仪进行黏土与混凝土接触面的单向直剪试验,研究接触面在不同渗透水压力和法向应力作用下的力学特性,并对黏土与混凝土接触面的强度及应力变形特性进行分析,基于双曲线模型提出了考虑渗透水压力作用的黏土与混凝土接触面本构模型。结果表明:接触面的剪应力与相对剪切位移较好地满足双曲线关系,竖向位移表现为剪缩;接触面的抗剪强度与接触土体的饱和状态显著相关,当土体由非饱和状态过渡至饱和状态时,接触面抗剪强度随渗透水压力的增大显著降低;当接触土体趋于饱和时,抗剪强度随渗透水压力增大的降幅随之减小,且与有效法向应力间呈较好的线性关系;模型计算结果与试验结果吻合较好,验证了所提出的考虑渗透水压力作用下黏土与混凝土的接触面本构模型是合理的。

渗透动水压力作用下裂隙岩体渗流与应力耦合分析

针对裂隙岩体的渗透水压力使岩体应力产生非常大变化,同时应力变化也影响裂隙岩体渗透性。考虑岩体渗流和应力耦合分析是研究地下水活动规律的首要问题。当岩体以裂隙为主,且其分布较密集时,可将岩体系统看作等效连续多相介质体系。运用等效连续介质理论,建立了等效连续岩体渗流与应力耦合分析的数学模型,充分考虑了渗透水压力和裂隙的存在对岩体应力及孔隙裂隙水压力变化产生的影响。给出了渗流场与应力场耦合分析的工程算例。

考虑渗透动水压力时等效连续岩体渗流场与应力场耦合分析的数学模型

渗流对等效连续岩体的作用力包括渗透静水压力和渗透动水压力 (渗流体积力 )两部分。文中较全面地引入渗流与应力之间的相互作用关系 ,同时考虑渗透静水压力和渗流体积力的作用 ,以渗透系数与空隙率、体积应变的关系为桥梁 ,建立等效连续岩体渗流场与应力场耦合分析的数学模型 ,并采用有限元数值方法结合算例进行双场耦合分析与计算。结果表明 ,计入耦合作用 ,岩体各应力分量有不同程度的增大。

渗透动水压力对坝基双斜面深层抗滑稳定的影响分析

大坝高水位蓄水运行期间,坝基渗流通道中会出现很大的渗透动水压力。本研究对坝基岩块透水性低的双斜面深层滑动情况,用等安全系数法,分析了滑动面上的动水压力对坝基稳定的影响。计算结果显示,蓄水位一定时,双滑动面上的动水压力对降低抗滑稳定安全系数的影响很小,稳定分析时可以忽略动水压力。分析中还发现,从不同的角度对抗滑力和滑动力组成做不同的处理,会出现不同的稳定性评判结果。基于此结果,本研究可为进一步完善刚体极限平衡法提供理论参考。

不同渗透水压下完整泥页岩剪切-渗流特性研究

为了探索高压水力浸润带和消落带岩体在压剪荷载与流体入渗双因素耦合作用下剪切渗流特性的衍化规律,利用自主研发的一套新型岩石剪切-渗流耦合试验系统,对饱水泥页岩进行了常法向荷载条件下不同渗透水压的剪切-渗流耦合试验和剪切蠕变-渗流耦合试验。试验结果表明:(1)随着渗透水压力的增加,饱水泥页岩剪切强度峰值、法向变形峰值以及剪切蠕变破坏强度均有所下降,说明渗透水压力对岩样力学强度具有损伤效果。(2)在剪切-渗流耦合试验过程中,岩样剪应力与法向变形在线弹性变化的末期会出现明显的上下波动现象,并伴有水流流出,剪应力和法向变形的突变点在时间上具有一致性。(3)在剪切蠕变-渗流耦合试验过程中,水流渗出速率与渗透水压力大小呈正相关,随着剪切荷载施加等级的提高,岩样蠕变变形量增大,单位时间内累计渗出水量亦有所提升。

高渗透孔隙水压对井壁混凝土性能的影响

本研究考虑三个因素:水压(孔隙水压)、水压作用时间和强度等级对井壁混凝土物理力学性能的影响,采用SPSS19.0软件设计生成混合正交试验。结果表明:对于同一强度等级的井壁混凝土试件,当水压作用时间相同时,随着孔隙水压的增大,混凝土损伤加剧,力学性能劣化明显;3因素对混凝土力学性能损伤影响从强到弱顺序依次为:水压(孔隙水压)、混凝土强度等级、水压作用时间。孔隙水压作用后,井壁混凝土的初始弹性模量明显增大,峰值应变明显降低,泊松比则略微增加。

水压耦合下红砂岩蠕变力学行为及渗透性演化特征研究

为揭示地下水对砂岩地层长期稳定性的影响,开展了室内不同渗透水压条件下砂岩的长历时三轴蠕变力学试验,蠕变总时长超过30d。研究结果表明:地下水对砂岩的长期力学性质具有明显的弱化效应,四个渗透水压下砂岩时间的长期强度分别为29.11MPa、27.97MPa、27.25MPa和21.89MPa。砂岩的瞬时应变与应力比之间符合线性正相关关系,蠕变应变与应力比之间符合正指数函数关系。砂岩渗透率—时间曲线均呈现“下降—上升”的趋势,但在稳定蠕变阶段观察到两种不同的渗透率演化趋势。完整砂岩和破裂砂岩的渗透率均随孔隙压力的增大而增大,其中,完整砂岩渗透率和孔隙压力之间线性正相关,破裂砂岩渗透率和孔隙压力之间为正指数函数关系。

高水压高渗透砂性地层土压平衡盾构施工渣土改良技术研究

为防止福州地铁1号线上藤站—达道站区间土压平衡盾构在高水压高渗透砂性地层掘进时发生喷涌事故,采用纳基膨润土、CMC、聚丙烯酰胺等作为主要改良材料,开展系统渣土改良室内及现场试验工作,研究土压平衡盾构穿越高水压高渗透性地层渣土改良综合解决方案。结果表明:在单独使用某一种改良材料时,渣土改良效果并不明显;采用钠基膨润土-CMC混合浆液可改良渣土的和易性与渗透性,但在可用掺加比范围内无法满足坍落度要求;聚丙烯酰胺溶液与钠基膨润土-CMC混合浆液配合使用时,对过饱和中砂的和易性以及渗透性等改良效果显著;针对福州地铁区间段高水压高渗透砂性地层,可采用1∶10质量分数膨润土、5‰质量分数CMC混合浆液按照10∶2.5掺加比配合3%质量分数聚丙烯酰胺溶液按100∶5掺加比改良渣土,通过现场抽样检测,验证此渣土改良方案的有效性。

水压作用下三维裂隙组扩展过程试验研究

坝基和边坡等受压岩体裂隙中往往有水压力的存在,真实岩体中不能直接观察内部裂隙的扩展过程。自行研制了一种在低温下具有良好脆性的透明类岩石材料,内部预制张开型裂隙组,通过导管与外部高压注水设备相连进行单轴压缩试验。详细阐述了单裂隙和平行双裂隙组试件在渗透水压和单向压缩条件下内部裂纹的起裂、扩展、贯通机制;研究了裂隙组倾角及间距对平行双裂隙组试件起裂应力和峰值强度的影响。试验表明:水压作用下裂纹的扩展贯通模式和无水情况下明显不同,水压的存在对花瓣型裂纹和反翼裂纹有抑制作用,对包裹式翼裂纹有促进作用;平行双裂隙组试件的起裂应力和峰值强度随裂隙倾角增大呈现先减小后增大的趋势,并且在45°左右时强度最低;裂隙间距增加,起裂应力和峰值强度增大并逐渐趋于单裂隙强度水平。试验成果对研究岩体中水压作用下受压裂隙组起裂、贯通机制具有重要的参考价值。

作用在岩体裂隙网络中的渗透力分析

从岩体裂隙网络渗流的特点出发 ,以单裂隙渗透力分析为基础 ,分析了二维及三维情况下岩体裂隙网络渗流对岩体裂隙壁施加的两种作用力 :垂直于裂隙壁使裂隙产生扩容的法向渗透静水压力以及平行于裂隙壁和裂隙水流方向一致的切向动水压力 ,推导出二维及三维情况下裂隙单元因这两种作用力而产生的等效结点力 ,并应用算例定量分析了岩体裂隙网络渗透静水压力和动水压力共同作用对岩体应力的影响 ,结果显示 :(a)渗透力作用下裂隙上部岩体压应力减小 ,而裂隙下部岩体压应力增大 ,最大压应力增大 10 .5 3% ;(b)渗透力作用下裂隙岩体拉应力增大 ,最大拉应力增大 9.0 9% ;(c)裂隙渗透力使岩体剪应力增大 ,最大值达 2 3.75 %。

地基渗流对板桩码头剩余水压力的影响

剩余水压力是影响板桩码头结构内力和位移的重要荷载,影响剩余水压力分布的因素主要有板桩两侧的水位变化、地基土层分布、地基土层的渗透性以及桩底土层的渗透性等。通过实例对不同地质条件下的板桩剩余水压力分布进行分析,以期为今后的板桩码头设计提供参考。