孔隙率对砂土渗透稳定性影响的内部可视化研究

砂土的渗透稳定性判别对堤坝灾害防治意义重大。忽视孔隙率对土体渗透稳定性的影响,可能会加大灾害风险。本文借助透明土和平面激光诱导荧光技术,以相同级配、不同相对密实度的材料为试验对象,开展了渗透破坏试验,分析了孔隙率对渗透稳定性的影响。结果表明:从宏观水力角度看,密实和松散两组试样的临界水力梯度实测值接近太沙基临界水力梯度,表现为渗透稳定材料。从内部可视化分析上看,密实试样整体隆起,属于渗透稳定材料;而松散试样的细粒明显迁移至试样顶部,粗粒骨架基本未发生移动,属于典型的管涌破坏现象,故应被判定为渗透不稳定材料。这说明通过传统水力现象评估的渗透稳定性存在偏差,试样的渗透稳定性受孔隙率影响,应在渗透稳定性判别准则中加以考虑。之后,提出了基于灰度累积分布函数的修正图像分割方法,该方法通过图像离散化与相对灰度转换避免了区域灰度差异及整体灰度波动的影响,实现了对试验全程试样内部结构变化的定量分析,印证了试样的渗透稳定性判别结果。最后,总结了国内外7种渗透稳定性判别准则,并根据试验结果对其进行了对比分析,结果显示多数未考虑孔隙率影响的准则偏不安全,考虑了孔隙率影响的准则又过于保守,KOVáCS提出的准则从机理层面同时考虑了孔隙率和颗粒粒径的影响,更具应用潜力。

含裂隙近水平红层软岩边坡渗透稳定性模型试验

针对川东地区含裂隙近水平红层软岩边坡在长时强降雨条件下易产生滑坡灾害的问题,依托含双软弱夹层的此类典型坡体实例,以弹性模量和抗拉强度为主控因素制备可表征软岩遇水软化开裂特性的相似材料,构建了含裂隙近水平红层软岩边坡的室内物理试验模型,研究了边坡在长期雨水入渗作用下的坡体变形、裂隙扩展和稳定性演变规律。结果表明:(1)坡体变形发展可分为初始变形阶段、匀速变形阶段、加速变形破坏阶段;(2)坡体裂隙扩展主要包括在坡体后部的自下而上发育的“上窄下宽”裂隙,以及在坡体前部的自上而下发育的“上宽下窄”裂隙。裂隙扩展区域主要集中在上、下软弱夹层之间,其中易产生超孔隙水压力;(3)试验模型的FLAC3D数值模拟再现了该推移式滑坡的渗流过程,超孔隙水压力随时间呈现先增大后逐渐趋于稳定的变化特征,在软弱夹层和竖向裂隙处,超孔隙水压力呈累计增大的特征;(4)坡体滑面形成及失稳破坏演变过程可划分为浅表层裂隙发育贯通阶段、裂隙向软弱夹层延伸发育并逐步贯通阶段、裂隙扩展与坡体滑动失稳阶段。长期雨水入渗致岩体强度弱化,以及裂隙逐渐向坡体深部发育并与软弱夹层贯通形成多级阶梯式滑裂面,是造成含裂隙近水平红层软岩边坡滑动失稳的根本原因。

不同工况下的面板堆石坝施工期度汛渗透稳定性研究

随着技术的发展和经验的累积,面板堆石坝的建造高度也在逐渐增加。为了探究面板堆石坝不同工况下的度汛渗透稳定性,以拉哇水电站为例进行研究。结果显示,垫层挡水度汛、垫层和一期面板联合挡水度汛以及垫层和二期面板联合挡水度汛工况下,水位骤降时的水力坡降峰值分别为0.8、15.4和39,均高于水位变化不大时。研究表明,当水位骤降时,由于面板具有挡水作用,因此在有面板的工况下,大坝的安全性仍然较高。

十字沥水闸水力及渗透稳定性研究

以十字沥水闸加固工程为例,计算了宽顶堰高淹没度过流能力、消力池深度和长度、海漫长度、河床冲刷深度、地基有效深度、分段阻力系数和水头损失等水闸水力和渗透稳定性参数,并分析了计算结果。本研究方法可为相关水利工程设计提供参考。

通过三维渗流计算评价某滑坡坝渗透稳定性

黄河上游某滑坡坝由两岸滑坡物质形成,进而形成了天然堰塞湖,附近区域现已成为国家自然保护区核心区。为了对该滑坡坝的渗透稳定性进行较深入的研究,首先通过试验资料确定了坝体与湖积纹泥渗透稳定的可能破坏形式、临界水力坡降和允许水力坡降,在此基础上通过三维数值计算对滑坡坝在正常湖水位与极限湖水位两种工况进行了渗透稳定性评价。具体评价方法为,在每种工况下先评价计算范围内最大水力坡降方向每一格点(计算剖分网格)的渗透稳定性,进而评价整个坝体的渗透稳定性。研究结果表明,在正常湖水位与极限湖水位两种工况下,坝体均不会出现渗透稳定性问题,在极限湖水位下,坝体的渗漏量变化不大。这为国家自然保护区水土保持、下游某大型水电站的施工与安全运营提供了有力的理论依据。

黄河上游某滑坡坝渗透稳定性评价

为了对黄河上游某滑坡坝的渗透稳定性进行较深入研究,作者首先通过试验资料确定了坝体与湖底纹泥渗透稳定的可能破坏形式、临界水力坡降和允许水力坡降,在此基础上应用数值模拟方法(Modflow程序)对滑坡坝在正常湖水位与极限湖水位两种工况进行了渗透稳定性评价。具体评价方法为,在每种工况下先评价计算范围内最大水力坡降方向每一格点(计算剖分网格)的渗透稳定性,进而评价整个坝体的渗透稳定性。研究结果表明,在正常湖水位与极限湖水位两种工况下,坝体均不会出现渗透稳定性问题,在极限湖水位下,坝体的渗漏量变化不大(由2775m3 d增加为3138m3 d)。说明在漫长的历史过程中,堰塞湖已形成了很好的防渗铺盖,当水位高于溢洪道时,湖水主要通过溢洪道向外排泄。研究结果为下游某大型水电站的设计、施工与安全运营提供了理论依据。

混凝土防渗墙开裂对坝基渗透稳定性的影响

采用渗流有限元方法分析混凝土防渗墙开裂对坝基土体渗透稳定性的影响。以冶勒水电站工程为例,分析在坝基地层地质条件复杂、各岩层的渗透特性差别较大的情况下,在坝基混凝土防渗墙开裂时,坝基覆盖层各土层渗透破坏区的范围,同时还对坝基渗透破坏区域进行了渗透扩展过程分析。计算结果表明:若防渗墙不开裂,设计防渗工况能满足工程安全要求,若防渗墙开裂,则坝基土体可能会发生渗透破坏,而且防渗墙裂缝宽度和条数对坝基渗透稳定性和渗透破坏区范围的大小有重要影响。

陆浑水库坝基断层破碎带渗透稳定性评价

陆浑水库位于河南省洛阳市嵩县境内 .为了论证大坝在水库投入正常高水位 (319.5m ,32 7.5m ,331.8m)运行时的安全 ,经过对 30余年的水位观测资料的整理和分析 ,在厘定水文地质模型的定性分析基础上 ,运用现代数理统计原理 ,成功地解决了困扰水库正常运行的坝基渗流问题 ,获得了关于坝基渗透稳定状况及其变化趋势的认识 .结果表明 :目前大坝的运行状况是正常的 ;水库在缓慢蓄水过程中 ,截水槽的薄弱部位可以得到渗透加固 ,截水槽中的填土与岩石结合面的抗渗比降可达 45以上 ;上游铺盖与截水槽结合下游排水的防渗体系有效地控制了坝基渗流 .同时 ,预测了高水位时坝基渗流是稳定的 ,水库完全可以投入高水位运行 .这为病险水库的论证提供了一个案例 .

往复水流条件下土工织物反滤系统渗透稳定性模拟试验研究

本文在循环往复水流条件下,分别对内部稳定土和内部非稳定土与较大孔径反滤网所组成的反滤系统的渗透稳定性进行试验分析。结果表明当滤网孔径与土颗粒特征粒径d85的比值在3～4之间时,反滤系统仍然能够保持渗透稳定性。增大循环往复水流的频率或振幅,将减小反滤系统的渗透稳定性。内部非稳定土比内部稳定土更易于受循环往复水流频率和振幅的影响。研究结果可为反滤设计准则中使用较大孔径的土工织物滤层以减少淤堵提供参考依据。

芦岭矿810采区第四系含水层渗透稳定性研究

通过对芦岭矿 810采区四含渗透性的测试 ,分析了粗颗粒含量与渗透系数、破坏水力梯度之间的关系 ,指出了在采动裂隙和原生裂隙波及四含时 ,四含土体会产生管涌型破坏 ,并在现场观测中得到了验证。

大坝坝址析出物及其对岩体渗透稳定性的影响

结合近年来大坝安全定检工作，以皖浙山区４座水电站为例，在分析了大坝坝址析出物的物质组分、理化指标等特性的基础上，对其成因作了探讨。并从宏观、微观角度，评价了析出物对岩体渗透稳定性的影响，指出析出物在一定条件下系化学潜蚀作用所致，长期的作用可降低渗径中充填物颗粒间的物理化学连接力，但只要仍处于化学潜蚀作用阶段，就不会产生对岩体渗透稳定性有意义的不利影响。

土体渗透稳定性判定准则

土体的渗透稳定性是指在渗流条件下宽级配土体内粗颗粒阻止细颗粒流失的能力,土体的渗透稳定性受几何条件、水力条件和物理条件的影响。从几何条件出发,通过对收集的167种土的室内渗透侵蚀试验结果的分析,基于对土体渗透稳定性控制变量地研究,将土分成良好级配土和间断级配土两大类;基于细粒(小于0.063 mm)含量的不同,将每类土又细分为3类,针对不同细类土提出了不同的渗透稳定性几何判定准则。从水力条件出发,研究了应力状态对土体渗透侵蚀起动及破坏水力梯度的影响。试验结果表明,起动水力梯度和破坏水力梯度都随着围压的增大而增大,是由于增大围压使得颗粒间的摩擦力增大的结果。

陡坡水库大坝渗透稳定性及渗透变形分析

陡坡水库存在大坝质量差、坝体发育大量裂缝、背水坡出现散浸现象、坝后沼泽化并形成一上升泉以及排水渠和鱼池有絮状析出物、渗漏量增大等问题,这些异常现象都是由坝体及坝基渗流引起的。在阐述坝体和坝基地质、水文地质条件情况下,分析了大坝渗漏成因及大坝的渗透稳定性,指出坝体实际浸润线及坝体渗漏量是不正常的,特别是1987年后当库水位高于194 m,同一库水位呈上升趋势,这是反常的。坝基实际渗漏量异常,存在管涌和接触冲刷问题,尤其库水位低至193.84 m,坝后上升泉仍有沙沸现象。上述现象表明大坝渗流是危险的,并分析了散浸、析出物、上升泉及沼泽化、坝肩及绕坝渗漏等现象的成因。

某水电站河床坝基覆盖层渗透稳定性研究

根据某水电站河床坝基覆盖层的工程地质特性和水文地质特点,通过现场和室内试验获得水文地质参数,初步判定渗透变形类型。再基于水文地质参数和渗流理论,建立坝基覆盖层的三维数值计算模型,得到渗流场和水力梯度特征,进而分析不同工况下库水通过覆盖层的渗漏量。在此基础上,通过分析不同工况下水力坡降的模拟计算结果,评价了坝基的渗透稳定性问题,与初判的结果进行比对,得出最终结论,为大坝的防渗处理提供合理依据。

黑河水库单薄分水岭渗透稳定性分析

黑河水库是解决西安市城市供水、农田灌溉及水力发电的大型水利水电工程。其左岸的单薄分水岭既构成大坝坝肩岩体 ,蓄水后又成为一天然坝体。分水岭内切岭断层发育 ,岩体破碎 ,蓄水后可能产生渗漏 ,渗流可能会引起分水岭东侧坡体稳定及断层渗透破坏等问题 。

堰塞坝渗透稳定性评估

2008年5月12日,汶川特大地震在灾区诱发了34处规模较大的堰塞湖,影响巨大,特别是唐家山堰塞湖,引起了全国广泛关注和重视。堰塞湖往往会带来严重的灾害,不仅在形成过程中可能造成生命财产的直接损失及上游的淹没损失,而且在形成后还会对下游带来淹没或溃坝洪水等次生灾害。考虑堰塞坝应急处置的特点,评价了堰塞坝的渗透稳定性,确定了渗透破坏的形式和程度,并以唐家山堰塞坝为例进行了渗流计算分析,以期对堰塞坝安全性状评估的进一步研究提供参考。

厦门海底隧道工程岩体渗透稳定性试验研究

厦门东通道海底隧道工程位于厦门岛东北端的湖里区五通村与对岸同安区西滨村之间,隧道方向NE50°,全长5.9km。其中,海域段隧道长约4.2km。论述了岩体渗透破坏实验过程、实验现象描述,分析了实验结果,指出工程区全强风化带岩体(含断层破碎带)的破坏比降在3～18之间;平均破坏比降10～11;工程允许比降3.5。在全水头作用下,根据已有的勘察成果资料,位于全强风化带岩体中的隧道及交通洞渗透稳定。特别需要指出的是,在所完成的49组全强风化岩石渗透破坏实验中,破坏比降小于6的有14组,对应的允许比降小于或等于2,因此,从工程安全的角度看,在极端地质条件下,存在发生渗透破坏的可能性。

深厚表土层建井的渗透稳定性模拟研究

通过对淮北海孜矿第四系底部含水层向矿井泄水的模型模拟研究，探讨了深厚表土层建井（井筒）的渗透稳定性．讨论了在第四系底部含水层突水状态下，地下水的渗流运动规律、底部含水层土体的渗透变形方式、临界水力坡降以及渗流对井筒的稳定性影响，为从水动力作用角度去分析黄淮地区井筒破裂原因提供了地质－物理模型，同时也是对深埋土体中的有关工程渗透稳定问题的有益尝试．

粉煤灰路堤渗透稳定性研究

文中作者利用有限单元法分析并比较了现阶段常用填筑断面形式(1∶1.5)下粘性土纯填方路堤、土质包边纯灰路堤和灰土间隔路堤的渗透稳定性。计算结果表明:纯粉煤灰路堤和灰土间隔路堤都不能直接应用于滞洪区之中。

上覆压力对深厚覆盖层地基渗透及渗透稳定性的影响

为了研究不同上覆压力对深厚覆盖层中管涌型土层的渗透及渗透稳定性影响,利用土体渗流—应力耦合装置,在施加不同上覆压力(0、0.3、0.5、0.7 MPa)的条件下,对缺级配砂砾石进行渗透破坏试验。结果表明,随着上覆压力的增大,土体在渗透破坏过程中,局部的渗透特性变化和渗流场分布均存在差异性,反映了细土颗粒被运移和填充孔隙的情况不同,从而影响了水力坡降在局部的分配情况;上覆压力的增大使得土体稳定渗流阶段和渗透破坏阶段的渗透性出现不同程度的减小,临界坡降和破坏坡降的变化与上覆压力之间存在相同形式的非均匀变化关系。