基于Lu模型的土石坝温度场对坝体渗流场的响应分析

研究温度场与渗流场相互影响特征对土石坝渗流热监测具有重大意义。以均质土石坝为研究对象,采用COMSOL Multiphysics软件自带的多孔介质传热模块和多孔介质地下水渗流模块进行计算,模型中引入Lu模型来描述导热系数与含水量的定量关系,同时考虑流体温变效应,建立二维均质多孔介质饱和-非饱和渗流传热模型。结果表明,土体饱和度对坝体传热影响较大,非饱和土中,导热系数最大值与最小值相差可达50%以上,导热系数随土体饱和度的增大而增大,与传统热参数模型相比,Lu模型能够更好地刻画土体饱和度与热参数的关系。坝体温度场对渗流场变化敏感,可以通过温度场来反馈坝体渗漏。

降雨入渗下互层状裂隙岩体非饱和渗流分析

在总结缓倾状互层裂隙岩体的裂隙发育规律的基础上,给出了其裂隙网络生成方法;介绍了双重介质非饱和渗流理论,并基于此对缓倾状互层裂隙岩体的非饱和渗流场进行了分析,总结了互层状裂隙岩体降雨入渗条件下的非饱和渗流场的一些特征。

侵入岩脉风化壳对中林村残积土滑坡渗流场和稳定性的影响

岩脉侵入是一种普遍的地质现象,侵入岩脉及其风化壳对斜坡的渗流场和稳定性具有重要影响,但目前国内外在该方面的研究鲜见报道。我国东南沿海约50×104 km2的白垩系火山岩地层中广泛分布侵入岩脉及其风化壳,改变了该地区残积土斜坡的失稳机制。以浙江省文成县中林滑坡为对象,研究花岗岩脉风化壳对其渗流场和稳定性的影响。中林滑坡主要由凝灰岩及其残积土组成,后部有侵入的花岗岩脉及其残积土,利用室内土柱试验获取降雨作用下两种残积土渗透性质的差异,利用不同含水率下的直剪试验获取非饱和抗剪强度参数;利用Geo-studio软件中的Seep/W模块反演土柱降雨试验,获取两种土体的非饱和渗透参数;接着将上述参数应用于中林滑坡的渗流场模拟,获取降雨入渗下坡体的渗流场;将渗流场耦合到坡体稳定性计算中,获取了坡体的稳定性变化曲线及最危险滑面。结果表明,降雨通过侵入岩脉风化壳快速入渗,并顺着基覆面向凝灰岩残积土区侧向渗流,导致侵入区与原始斜坡的交界处以及基覆面附近的地下水位快速升高,孔隙水压力迅速增大,斜坡在该位置最易变形破坏,且失稳深度远大于普通的浅层残积土斜坡,可达6~10 m。该研究成果可为东南沿海地区有岩脉侵入的残积土斜坡的稳定性评价与防治设计提供理论依据。

基于流-热耦合模型的土石坝渗流热监测研究

为有效应用基于分布式光纤测温的渗流热监测技术,需研究待监测区的背景温度场特征。为此,建立了土石坝饱和-非饱和瞬态渗流场与温度场耦合模型(流-热耦合),模型考虑了热对流、热传导和热扩散效应,温度边界按周期性气温考虑,且相关参数按非线性考虑,如流体黏度的热效应、导热系数受含水率影响等,其仿真结果更接近土石坝温度场的真实状态。基于典型算例,讨论了与大气温度相关的周期性波动温度场特征。计算结果表明:温度场受坝体渗流和气温的影响,库水及气温是两个重要热源,饱和带的温度受库水渗流控制,非饱和带主要受气温控制,具有季节波动特征;在土石坝心墙部位若发生集中渗漏,渗漏通道附近岩土体的温度受库水影响;若在心墙上敷设分布式光纤传感器,很容易捕捉到渗漏点位置及渗漏发生的时刻。渗流热监测技术在理论上可以反映渗流场的时空分布特征,在资料分析中还应关注由气温波动引起的温度异常。

降雨过程中的边坡失稳研究

根据区域降雨时空分布特征、自然边坡的岩土结构组成及其物理力学特性,引入降雨入渗条件下饱和-非饱和渗流数值模拟技术,以江西省德兴市双溪电站某滑坡体为研究对象,进行了降雨过程的饱和-非饱和渗流场稳定性分析。并在此基础上采用刚体极限平衡分析方法中的Morgenstern-Price法,模拟计算了各降雨过程边坡的稳定性。研究结果表明:降雨特征(雨强、雨型)对边坡稳定性的影响不容忽视;边坡最小安全系数在雨后8～12 h达到最低值。

降雨对隧道浅埋段施工力学效应影响研究

降雨入渗对隧道浅埋段洞室稳定性有着重要影响。文章依托京沪高速济南连接段老虎山隧道,首先采用数值模拟方法分析了降雨条件下隧道洞口浅埋段渗流场演化规律;在此基础上,通过流固耦合数值模型对不同降雨入渗时间下双侧壁导坑法施工过程中围岩应力、支护结构受力变形特征进行研究,得出以下结论:降雨对洞口40m范围隧道影响较大,入渗形成的地下水位线贯穿隧道洞身,其中土石交界处孔隙水压力值较大;降雨入渗使得围岩应力、支护结构变形增大,支护结构压应力增大、但拉应力减小;其中降雨结束时影响最大,降雨结束20d左右影响基本消除。