淤泥-新填土接触界面渐进剪切破坏微观分析

坝前淤泥面加坝中淤泥坝基和新填筑坝体的接触界面是整个加坝体的薄弱部位,为了进一步探究不同工况下接触界面渐进剪切破坏特性,以宁夏南部山区西吉县南川水库坝前淤泥面加坝工程为研究对象,在改进常规应变式直剪仪的基础上,利用电镜扫描技术,通过控制剪切位移增量的方式对接触界面渐进剪切进行了微观试验研究,并且基于逐步回归分析法获得了影响接触界面强度参数的微结构显著性变量,建立了反映两者关联性的回归方程,研究表明:不同压实状态的淤泥土造成的界面颗粒胶结和结构的改变,是影响界面抗剪强度增加的主要原因,存在一个界面“最优黏结”状态;随着剪切位移增加,界面土颗粒从独立分布的单粒结构的接触形式,逐渐发育成以面-面、边-面接触定向排列的薄片状结构,最终形成不易压缩的块状粒团结构;界面孔隙微结构参数变化规律与宏观黏聚力、内摩擦角变化具有相关性。研究结果可以为坝前淤泥面加坝工程的设计与施工提供参考依据。

黄土丘陵区小流域淤地坝记录的泥沙沉积过程研究

淤地坝是黄土丘陵区小流域水土流失治理的重要工程措施之一,在拦蓄泥沙的同时,也记载了小流域侵蚀产沙的历史变化过程及特征。该研究根据流域历史降雨资料,分析了黄土丘陵区关地沟小流域淤地坝1959～1987年泥沙沉积旋回变化及各旋回层泥沙中、小流域沟间地和沟谷地表层土体中放射性同位素137Cs含量,研究了小流域侵蚀产沙变化过程及泥沙主要来源。结果表明:该小流域在淤地坝建设初期,侵蚀产沙强度很大,其后产沙强度由强变弱,呈显著降低趋势,淤地坝内沉积泥沙的70%来源于沟间地;微小流域与较大流域在泥沙来源方面存在较大差异。

淤地坝坝地淤积与侵蚀性降雨的灰色关联分析

水土流失是黄土高原地区重要的环境问题之一,淤地坝措施作为该区水土流失治理的重要工程措施之一发挥了巨大作用,但其淤积过程与水毁机理的研究较少。本文在全面调查黄土高原淤地坝的基础上,选取典型淤地坝,挖取剖面进行测量和分层取样,利用库容曲线和实测每个淤积层的淤积厚度求得每层淤积泥沙量,运用灰色关联分析法,系统地研究了侵蚀性降雨的4个指标(降雨侵蚀力R、降雨量P、最大30min降雨强度I30、平均降雨强度I)与坝地泥沙淤积量之间的关联度。结果表明,降雨侵蚀力R和坝地泥沙淤积量的发展趋势最为密切,呈幂函数关系;降雨量P对淤积量的影响仅次于降雨侵蚀力,其关系呈指数型;最大30min降雨强度I30和平均降雨强度I对坝地泥沙淤积量的影响较小。

上游法尾矿堆筑坝坝体沉积规律探讨

针对我国冶金矿山中广泛采用上游法尾矿堆筑坝作为尾矿库堆坝形式的情况,阐述了尾矿的成因、其特殊的物理力学性质等,提出了尾矿排放方式对坝体沉积规律及坝体结构的影响,分析了尾矿排放的浓度、流速、流量、排放点位置等对形成沉积坝体的影响。指出在进行上游法尾矿堆筑坝设计时,需对相关因素加以充分考虑,以使沉积坝体成为颗粒级配良好的堆积体。同时提出,短时间内沉积体的充分固结是上游法尾矿堆筑坝坝体稳定的先决条件,合理配置排渗设施,加快沉积体的脱水固结,才能尽快提高沉积体的抗剪强度,并列举了两个佐证实例。

深厚黄土覆盖层上土石坝地震响应特性分析

采用非线性有限单元法和笔者曾提出的动孔压试验曲线法,对某深厚黄土覆盖层上土石坝进行了有效应力法地震响应分析,重点分析大坝的绝对加速度、动位移和动应力等动力响应及动孔隙水压力分布情况。分析结果表明,在现有设计条件下,由于坝基软弱黄土覆盖层较厚,大坝在7度地震作用下地震响应不强烈,但坝基黄土覆盖层会出现液化情况,需采取相应的抗液化工程措施。

坝地淤积物干容重分布规律及其在层泥沙还原中的应用

针对淤地坝减水减沙效益计算中以1.35 g/cm3作为转换值求层泥沙淤积量时存在较大差异的问题,选取典型坝挖取剖面进行剖面分析,并提取每层淤积物的土样进行土样干容重测定,分析了典型坝坝地淤积物的干容重分布情况。结果表明,对同一座典型坝,其坝地淤积物的干容重值并不是沿深度方向保持不变,而是沿纵向有一定的波动趋势,但波动幅度不大;对于淤积程度相似的典型坝,其干容重值接近,干容重变化幅度类似;以实测每层淤积物干容重还原层泥沙淤积量,可以较精确地对应层淤积量与次侵蚀性降雨,以此对淤积过程机理进行分析将更加科学合理。

上游式尾矿坝的沉积规律

上游式尾矿坝的设计建造和安全管理中常用到一些基本参数。如初期坝高度、堆积坝外坡比、沉积滩长度、尾矿颗粒沿滩面的分布规律等。目前常用的断面概化方法是勘察和筑坝实验方法,都有一定的局限性。本文研究了分散排矿条件下常见尾矿的冲填沉积规律,推荐了一个上游式尾矿坝计算断面的概化方法。

两万年来岷江汶川古堰塞湖事件研究

位于构造活动频繁的高山峡谷地区,常发生滑坡堵江,进而形成堰塞湖。堰塞湖对河流自然演化及人类文明发展均有着重要影响,非稳态堰塞湖形成蓄水后往往进一步溃决引发特大洪水,致使下游河道严重冲刷并导致大规模基础设施破坏,而稳态堰塞湖会抬高上游侵蚀基准面,抑制上游河床下切,改变河流纵剖面形态。对于古堰塞湖事件的研究不仅可以更好地理解现代堰塞湖灾害,也可指示地质历史上的极端气候事件与构造运动事件。经野外考察,在青藏高原东缘,岷江上游汶川芤山发现古堰塞坝残留体,以及对应的上游湖相沉积物和下游溃坝特大洪水沉积物,标志着堰塞湖形成—稳定—溃决过程。研究表明,该堰塞湖形成于1.4万年前,初期发生小部分漫顶溃决,后稳定存在近万年,由于地震作用,距今3.8~6.9 ka间溃决消失。深入研究这类地区古堰塞湖形成与溃决,对该地区河流地貌演化研究、现代堰塞湖风险、特大滑坡灾害链防治和理解古人类文明的发展与消亡,均有着重要的指导意义。

黄土高原小流域坝地水分时空分布特征

为有效认识黄土高原淤地坝坝地土壤水分时空分布特征,通过对王茂沟小流域2号坝坝地土壤水分长期监测,分析了坝地土壤水分的统计特征。结果表明:(1)坝地各层土壤水分均表现为中等变异,表层土壤含水量的极差较大,0~2.40m土层土壤平均含水量变化范围为9.92%~23.70%,随深度的增加,土壤平均含水量表现为先减小后增大的趋势;(2)坝地土壤水分具有明显的分层现象,多数监测点的土壤水分在时间上属于中等变异,表层土壤水分变化剧烈,随着深度的增加变异系数开始变小,水分变化程度减弱;根据变异系数的大小,坝地土壤水分可以划分为4个层次:水分剧变层(0~0.20m),水分活跃层(0.20~0.60m),水分次活跃层(0.60~1.40 m),水分相对稳定层(1.40 m以下);(3)坝前各层土壤含水量均明显高于坝中和坝后,在0~0.40 m坝地的含水量明显高于坡地,0.40~1.40 m坡地含水量高于坝地,1.40m以下坝地含水量高于坡地,且坝地各层土壤含水量随时间的变异系数均小于坡地。

基于探地雷达的水库坝前淤积土沉积规律研究

宁夏南部黄土丘陵山区水库除险加固工程中普遍采用“坝前淤积面加坝”工法进行施工,而淤积层的分布规律对评价坝基稳定性至关重要。为勘察淤积土剖面分层情况和空间分布特征,利用探地雷达(GPR)对固原市西吉县大沙河水库坝前淤积土进行探测试验。在选定的坝前淤积土探测区域内,布设了10条测线,首先确定了雷达探测最佳图像效果的叠加次数,然后在所有测线上每隔0.5 m(共计794个测点)进行了探测。同时开挖深度为1.5 m的探槽观察淤积层剖面状况,并在不同深度剖面上取土样进行室内基本物理性质试验。结果表明:雷达探测的最佳叠加次数为512次;雷达波谱图显示在深度为0~2.5 m范围内,坝前淤积土有6层明显的沉积层理;在深度为4~9 m范围内,有清晰连续的河道河床轮廓,各测线上淤泥的沉积厚度范围为3.7~8.2 m;在探槽深度约50 cm处可以观察到明显的砂质粉土—黏质粉土的层理,与探地雷达在该位置的图像解析一致。探测试验为坝前淤积层沉降计算及工程处理措施提供了基础数据。

细粒级尾矿上游法筑坝放矿参数优选试验研究

细粒尾矿上游法筑坝,由于颗粒细,且在浓缩过程中需添加絮凝剂,放矿后尾矿难以水力分选,无法形成干滩,导致坝体稳定性较差,难以筑坝。针对细粒尾矿放矿参数优选的问题,以中国某铅锌尾矿为例,基于尾矿沉积机理,对矿浆进行沉积及流变试验,初步筛选出临界分选浓度为28%;且在55 m长的沉积模型槽内进行筑坝模型试验,分析放矿浓度、流量对尾矿流动沉积、淤积坡度及沉积尾矿物理力学性质的影响。利用模型试验优选的放矿参数在实际尾矿坝上进行放矿堆坝,取得了良好效果,验证了室内模型试验的有效性。提出的利用一维沉降与流变测试相结合初步确定矿浆分选浓度,并利用大型沉积模型槽进行堆坝模拟试验以进一步确定最优放矿参数的方法,对于细粒尾矿上游法筑坝具有工程实用价值。

淤泥土与新填土接触面抗剪强度试验研究

在坝前淤泥面加坝中,淤泥坝基和新填筑坝体的接触面是整个加坝体的薄弱部位。以宁夏南部山区西吉县南川水库坝前淤泥面加坝工程为研究对象,在参考该工程勘察报告和施工组织设计的基础上,通过改进常规应变式直剪仪测定了在不同工况下淤泥土和新填土接触界面的抗剪强度参数,分析了淤泥土的含水率和压实度对接触面的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角的影响。试验结果表明:淤泥新填土接触面剪切特性受淤泥土的含水率和压实度共同影响;压实度相同时,随着淤泥含水率的增加,接触面抗剪强度先小幅度减小再快速减小,黏聚力先增大再快速减小,接触界面内摩擦角小幅度减小;含水率相同时,随着压实度的增加,界面抗剪强度增大,内摩擦角增大,黏聚力先缓慢增加,再快速增加,具有明显阶段性。

坝前淤泥土与新填坝体接触面抗剪强度试验研究及工程应用

坝前淤泥面与新填筑坝体接触面是"坝前淤泥面加坝"技术的薄弱环节。为了探究不同工况下淤泥坝基、新填筑坝体,以及淤泥土-新填土接触面的剪切强度特性,以宁夏南部山区西吉县南川水库坝前淤泥面加坝工程为研究对象,通过常规应变式直剪仪、改进常规应变式直剪仪分别进行剪切试验,分析了淤泥土含水率和压实度变化时,淤泥土、新填土、淤泥土-新填土接触界面的抗剪强度、黏聚力、内摩擦角的变化规律。试验结果表明:新填土抗剪强度最大,不同工况下淤泥土-新填土接触界面的抗剪强度介于淤泥土和新填土的抗剪强度之间;淤泥土含水率在12%~16%之间存在最优含水率,超过该含水率后,淤泥土及淤泥土-新填土接触界面之间的抗剪强度均显著降低;当淤泥土含水率从8%增加至12%、16%时,黏聚力减小8%左右后迅速减小至22%,具有明显的阶段性,而淤泥土-新填土接触界面的黏聚力呈现先增加后减小的趋势;当含水率相同时,随着压实度的增加,淤泥土、淤泥土-新填土接触面的黏聚力、内摩擦角总体呈增大趋势。最后根据试验结果对"坝前淤泥面加坝"工法的工程应用提出了相关建议。

黄土高原北部丘陵沟壑区近160年土壤侵蚀量演变及其对ENSO事件的响应

对形成于1851~1861年的靖边(JB)聚湫内22.75 m沉积序列进行完整钻探,并基于XRF Core Scanning的元素分布划分旋回和年际冻融层,在高精度定年的基础上计算旋回及年际产沙量和产沙模数。结果表明:JB聚湫沉积序列由126个旋回叠加而成,且形成于1855~2014年的78个年份中。JB聚湫内旋回产沙量和产沙模数变化范围分别为0.27×10^4~22.44×10^4t和0.09×10^4~7.82×10^4t/km^2;年际产沙量和产沙模数范围分别为0.27×10^4~90.73×10^4t/a和0.09×10^4~23.40×10^4t/(km^2·a)。ENSO事件显著影响JB流域强降水作用下的侵蚀产沙,且在El Ni?o次年和La Ni?a年份发生侵蚀产沙的频率较高,可能是这些年份中东亚季风增强后带来更多强降水事件的结果。研究结果有效延长了黄土高原北部丘陵沟壑区小流域土壤侵蚀演变历史,充分理解ENSO事件驱动下该地区侵蚀产沙的响应,为黄土高原北部坝库建设、水土流失治理和防洪减灾等提供理论依据。

上游高水位下黏土坝爆破拆除技术研究应用

近年来,我国暴雨洪涝、台风等自然灾害频发,各地应急抢险工程都广泛应用到了爆破技术。针对汛期黏性土质堤坝爆破拆除泄洪施工的危险性,以2020年滁河堤坝爆破拆除工程为例,通过设计具有吸泥排土性能的钻机钻孔,解决长时间高水位下黏性土质堤坝挖掘过程中湿陷性塌陷问题;通过对现有的土体中爆炸四种模型分析,选取适合应用于土质建筑物爆破拆除工程的爆腔体积计算模型,即球形药包爆炸相似理论模型,通过试爆并结合工程操作的方便性,以超出强抛掷爆破药量体积的60%计算所需爆腔体积,结合加强抛掷爆破漏斗理论及黏性土质堤坝尺寸确定孔深为3.6 m,根据以往爆破压实土的经验单耗和试爆效果确定单耗为0.83 kg/m^(3)、孔距为2.5 m、强抛掷爆破药量为84 kg/腔,从而计算出扩腔药量为0.40 kg。结果表明,依据球形药包爆炸相似理论确定的半经验公式能满足土质建筑物爆破拆除工程应用需求,证明了以吸泥排土钻机为基础的扩腔+强抛掷爆破技术施工方法应用于防汛抢险中土质建筑物拆除的可行性和有效性。

坝前淤积土分段线性排水板-堆载预压耦合固结模型的研究

以宁夏南部黄土丘陵山区雅石沟水库除险加固工程为例,引入CS2(Consolidation Settlement 2)方法,基于有效应力、渗透系数与孔隙比之间的基本关系,建立坝前淤积土分段线性排水板-堆载预压耦合固结模型,编制了Fortran计算程序,以径向固结模型模拟计算了坝前淤积土中插入塑料排水板后,淤积土在加载过程中的固结度、超孔隙水压力的耗散状况和孔隙比的变化。结果表明:在计算模型中增设竖向排水板,淤积土的固结速率明显加快,在第47 d时固结度即达到87.32%,与未增设竖向排水板时计算的淤积土固结度(88.76%)相比,提前43 d达到相近的固结度;由于竖向排水板的布设,淤积土中超静孔压随着时间的增加逐渐消散,与未布设排水板时淤积土内超静孔压值在第90 d时为51.88 kPa相比,布设排水板后在第47 d时,坝前淤积土层超静孔压沿深度的分布值最大为5.67 kPa;坝前淤积土分段线性排水板-堆载预压耦合固结模型与相关文献中有限元软件模拟所得结果基本上是一致的,验证了模型的准确性,该模型能够较好地模拟淤积土中增设竖向排水板的排水固结过程,用于预测淤积土的固结沉降。

浅论均质土坝迎水面混凝土盖板受冻胀土破坏的机理及防治

均质土坝坝体材料在冻融循环过程中,极易出现冻土上抬、冻胀开裂等现象,不可避免地对混凝土结构的稳定性和安全性构成威胁。本文通过对均质土坝上游迎水面混凝土盖板受冻胀土破坏产生的危害进行研究,分析冻胀土产生的机理和破坏性,提出防止措施,可为类似地区水工混凝土结构的设计和施工提供借鉴。

“坝前淤积面加坝”边坡稳定性分析上限解

西北黄土丘陵山区通常采用“坝前淤积面加坝”进行水库除险加固施工,涉及不同固结状态土体和多个软弱结合面的“复合土坝”稳定性分析问题。文中针对“复合土坝”的结构型式和水库运行特点,基于极限分析上限定理,构建2种运动许可的破坏机制,给出考虑库水位动态变化引起的坝坡静水压力和坝体孔隙水压力效应的边坡稳定分析上限解,采用强度折减法并结合序列二次规划法进行边坡安全系数的寻优计算。在此基础上,以宁夏南部黄土丘陵山区“坝前淤泥面加坝”的水库除险加固工程为算例,对比分析文中上限解与Optum-G2和Geo-studio数值模拟计算结果。研究表明,当库水位由设计水位骤降至死水位时,2种破坏机制的上限解与数值模拟值非常接近,安全系数的相对误差≤5.7%;改变淤泥-新填土软弱结合面宽度,破坏模式亦随之变化;平动破坏时,软弱结合面宽度与边坡安全系数呈近似线性关系,宽度每增加1 m,安全系数约提高2.7%;转动-平动破坏时,坡比与边坡安全系数亦呈近似线性变化,坡比每增加0.1,边坡安全系数约降低8.6%。本文方法简单、快捷,适宜在此类工程中应用。

岷江上游古堰塞湖相沉积地层工程地质特性研究

古堰塞湖相沉积地层是岷江上游地区公路建设中常遇到的第四纪地层,其工程性质较差,给公路建设带来了诸如路基沉陷、边坡失稳等工程地质问题。文中在野外调研基础上,通过多种测试试验手段,研究了该地层的矿物成分、颗粒组成及基本工程地质特性。结果表明,该地层主要由粉粒和黏粒组成,矿物成分以伊利石、绿泥石和石英为主,天然状态下,具有孔隙比中等偏高、渗透系数小、饱和度普遍较大等特征。虽然该地层经过了长时间固结,且具有一定胶结,但总体来讲抗剪强度仍然较低,压缩性也较为明显。