Deformation and Failure Analysis of River Levee Induced by Coal Mining and Its Influence Factor

To study the influence of coal mining on the stability of river levees,a mechanical model of mining-induced river levee deformation was established.This was based on the mining-induced deformation characteristics of river levees and the application of a typical surface subsidence function.Meanwhile,a failure criterion was proposed for river levees.Using some examples,the deformation of,and stress distribution through,river levees under the influence of mining were obtained:the maximum tensile stress on the bottom of the river levee was less than the tensile strength,under which circumstance the river levee remained undamaged.Meanwhile,this research analyzed the influence of three factors including the maximum surface subsidence wmax,half-length of surface subsidence basin L,and foundation coefficient k on the stability of river levees.Results showed that reducing the mining height of the working face and the foundation co-efficient,and increasing the strike length of the working face could reduce the influence of mining on river levees.These results provided a theoretical basis for predicting the mining-induced deformation and failure of river levees.

堤基渗流无害管涌试验研究

在室内水槽中进行几何比尺1∶20及1∶40的堤基渗流引起的管涌试验,论证了双层地基粉细砂层发生管涌通道时影响大堤安全的水平渗流临界坡降平均值为0 1左右。试验结果表明,管涌与砂层厚度、砂层顶面接触糙度、出口水头损失、堤前冲深以及砂基结构性质等有关,管涌有害与否与沿程承压水头分布的不断调整和渗流量变化密切相关。文中还讨论了模型比尺问题。

典型条件下堤身堤基渗流规律分析

针对长江中下游堤防工程现状概化出典型条件 ,采用有限元数值模拟方法对堤身堤基渗流场进行了模拟计算 ,分析了作用水头、堤身渗透性、弱透水覆盖层厚度、分别隐伏于覆盖层下和出露于地表的强透水层的厚度、外滩宽度和河泓切割程度等因素对堤身堤基渗流规律的影响 。

北江大堤典型堤段管涌试验研究与分析

用北江大堤典型堤段的堤基粉细砂砾在玻璃水槽中模拟不同砂层厚度、埋深、层次结构及接触面粗糙度等条件下的管涌试验。论证了接触面加糙后能使临界坡降由光滑面的0.10提高到0.13～0.20。较细的上层砂和较粗的下层砂砾将有可能使临界坡降减小30%左右。最后,根据多层地基渗流理论推导出堤基渗流管涌发展的计算公式,并用三维有限元计算进行了验证。该公式可以用来估算管涌突发时的涌砂范围和继续向上游冲蚀发展的距离,以便判别危害大堤安全的程度。

软土地基上堤防稳定性研究

完成了2组土工离心模型试验,分别研究了淮河入海水道软土段堤防在竣工期和水位骤降期的稳定性及其破坏机理。由于无法从原型取到大尺寸具有代表性的原状土试样,因此,将取自原型地基土层和堤身土体的扰动土样重塑后制备成软基和堤身,并控制其不排水剪强度与原型一致。为了测定原型堤防的稳定安全系数,对模型堤防进行了破坏性试验,即让模型承受超出设计加速度水平的离心力作用,直至出现明显的失稳滑动迹象,由此测得软基上堤防的极限高度,同时根据堤防剖面位移矢量确定滑弧所在位置。试验结果表明,在竣工期软基上堤防的破坏为滑弧穿过软土层的深层滑动,而在水位骤降期,破坏面在堤防堤身中形成,随后向深处发展。由此可知,软土地基上堤防稳定性主要为软土层的承载能力所控制,同时在一定程度上也受到水位骤降的影响。鉴于原型堤基天然软土存在结构性,建议在今后的离心模型试验中能够考虑这种结构性的相似问题及其模拟途径。

江河大堤双层地基渗透破坏机理模型试验研究

本文通过模型试验研究了双层地基的渗透破坏问题。在模型设计中不仅考虑下层地基中承压水头的大小,而且考虑土的渗透稳定性,并以下层出现的承压水头大小按两土层渗透系数比值,将其细分为4种地层结构,分别研究其渗透破坏机理。试验结果表明,渗透破坏都是开始于上层土,上下两种土层渗透系数之比大于100的地层为最危险结构,最终控制地基渗流稳定的是下层管涌型土层。整个破坏过程可描写为上层流土穿孔—下层管涌—上层流土破坏向堤脚发展—上层整体破坏。下层管涌型土的允许水力比降应采用水平允许水力比降,以此确定双层地基不允许的渗透破坏范围。

软基海堤结构稳定性研究

以软土地基上的海堤为研究对象,根据软土变形的时效特征和自重应力场与渗流场的耦合特性,建立了软土蠕变模型和渗流作用下的耦合应力场分析模型,将堤身、堤基作为整体进行了变形特性分析。并采用强度折减有限元法分析了海堤在自重、波浪力和渗透力耦合作用下的整体稳定性。分析结果表明:软基海堤结构处于多种荷载效应的综合作用之下,不仅对堤基和堤身断面的位移场和应力场影响较大,而且对其整体稳定性也有很大影响。通过计算值与实测值的对比,证明了所建计算模型和所采用的计算方法的正确和适用,所得结果具有理论意义和实用价值。

悬挂式防渗墙防渗效果的模拟试验研究

在实验室渗流槽中进行有悬挂式防渗墙的二元结构堤基的渗流模拟试验,取得不同贯入度悬挂式防渗墙防渗效果的系列试验成果。论证悬挂式防渗墙对上层为低液限黏土、下层为低液限粉土的二元堤基在发生渗透变形时有阻滞渗透变形发展的重要作用。对于上部为粉质黏土,下部为粉土的二元结构堤基,发生渗透变形时首先在粉土层的薄弱部位发生涌砂,接着在粉质黏土层与粉土层的结合层面发生接触冲刷,在水位持续升高到超过临界水位后,渗透通道从下游向上游发展而贯通,即发生渗透破坏。同时,研究发现,在悬挂式防渗墙作用下,堤基土发生渗透破坏的条件有明显改善,表现在渗透破坏时的作用水头有较大的增长,临界表观水力梯度有明显提高,渗流量显著减小,孔隙水压力分布发生变化。研究结果表明,悬挂式防渗墙可以有效控制渗透破坏的发生条件,而且施工相对容易,也比较经济合理,可以在工程中推广应用。

堤基管涌动态发展的数值模拟

针对表层为相对不透水的黏性土薄层,下层为砂层的二元堤基管涌问题,提出了一个模拟堤基内部以管道形式溯源发展的流土型管涌的有限元数值模型.考虑了管涌通道中含沙浓度对水流阻力的影响,按照达西公式的形式给出了管涌区域流动的等效渗透系数的计算公式,将管涌通道和非管涌区统一用常规渗流分析方法求解;引入通道边壁土壤侵蚀速率与水流剪切力的关系,建立了管道输沙平衡方程.求解渗流方程和输沙平衡方程即可获得管涌通道随时间发展的动态过程.管涌砂槽模型试验的模拟表明,该模型能够定量地模拟管涌随时间发展的动态过程.

悬挂式防渗墙防渗效果数值模拟

鉴于数值模拟技术在模拟土体渗流方向上几乎不受外界干扰、计算可重复性高等优势,以室内砂槽模型试验为背景,采用有限差分软件FLAC3D模拟了双层堤基中悬挂式防渗墙的贯入深度、布置位置对渗透变形的影响。结果表明,悬挂式防渗墙防渗效果随贯入深度的增加而更为显著;防渗墙布置在靠近下游位置时可抑制渗透变形在墙后背水侧发展,从而避免堤身沉降出现溃堤事故;数值模拟结果与室内模型试验数据基本吻合,说明运用数值模拟分析渗透变形是可行的。

某核电厂软基海堤地震动力响应规律及工程对策探讨

某海堤工程是核电厂专设的防御设计基准外部事件的屏障工程,其在极限安全地震震动(SL-2)作用下的动力响应规律受到高度关注,也是海堤稳定性评价的基础。针对该海堤深厚软土地基的场地条件,讨论了FLAC 3D程序计算时边界条件的设置、动力时程的输入等内容,并建立基于自由场边界条件的三维力学模型对海堤抗震进行非线性计算,分析了海堤加速度、位移及剪切破坏等动力响应规律,在此基础上提出了软基海堤抗震加固的工程对策,可供设计参考。

压载土工布垫护脚技术在长江防护堤中的实践研究

传统的堤防护脚结构不设反滤层,整体性差,易存在安全隐患,造价高.介绍了压载土工布垫技术在长江防护堤中的应用,论述了该技术的性能、原理、施工工艺流程、施工技术要求,表明该技术克服了传统技术的不足,具有施工质量优良、速度快、造价低、操作方便等优点,可以在类似工程中推广应用.

高频振锤薄壁板墙技术处理砂砾石堤基试验研究

高频振锤薄壁板墙技术在砂层堤基的垂直防渗施工中得到了广泛应用。为探索一种适用于洞庭湖区砂砾石堤基的垂直防渗施工方法,对高频振锤薄壁板墙技术的施工工艺、流程等进行了一些改进,实现了施工全过程的计算机控制。将改进后的工法应用到周家湾堤段试验工程中,并采用围井检测、钻孔取芯、测压管监测等手段检验了超薄防渗墙的成墙效果。结果表明,改进后的高频振锤薄壁板墙技术具有成墙连续、完整,防渗效果好、工效高、造价低等特点,是一种适用于处理砂砾石堤基的垂直防渗技术,可用于处理洞庭湖区及其他具有类似地质特征的堤防防渗工程。

海河干流治理工程抛石堤基钻孔灌浆防渗处理

提出了一种在抛石堤基快速有效成孔的施工方法,分析研究了大孔隙抛石体内灌浆材料的配合比,利用海河河口清淤弃土和天津军粮城电厂湿排粉煤灰作为稳定浆液的掺合料,变废为宝,节约了水泥,对施工机具进行了改造,对工程造价进行总结分析,并对应用于海河干流治理工程抛石堤基钻孔灌浆防渗处理效果做出评价。

土坝坝体与堤坝地基劈裂灌浆防渗技术

文中阐述了劈裂灌浆技术与充填式灌浆的区别 ,简要介绍了土坝坝体与堤坝地基劈裂灌浆防渗灌浆技术的机理。

多元结构堤基半封闭式防渗墙概化模型研究

为了确保洞庭湖区堤基安全,根据堤基地质特点,建立了多元结构堤基的垂直防渗概化模型;并采用渗流有限元法对影响半封闭式防渗墙防渗效果的各种因素进行了较为全面系统的研究,分别得到了天然弱透水覆盖层、第二层强透水层、防渗依托层、依托层下伏强透水层的厚度、渗透性对堤内和堤脚附近最大渗透坡降的影响曲线.计算结果表明,防渗依托层的厚度、渗透性对堤内、堤脚附近最大渗透坡降的影响程度远远大于其他因素,其对半封闭式防渗墙防渗效果起决定性的作用;在所有次要因素中,天然弱透水覆盖层的厚度、渗透性对堤内最大渗透坡降的影响较其他因素大,尤其对堤脚附近渗透坡降的影响比较明显.本文的研究成果既可用于定量研究半封闭式防渗墙的防渗机理,也可以为垂直防渗墙的设计提供可靠的理论依据.

堤防双层地基渗流分析的传递矩阵解法

应用传递矩阵解法进行堤防工程双层地基渗流分析,其解法便于编制计算机程序,可用很少的输入数据分析强弱透水层厚度不规则分布、弱透水层表面倾斜等等实际遇到的不规则情况,可以同时绘出强弱透水层的水头、单宽流量以及覆盖层竖向渗透比降分布曲线,既满足堤防工程设计规范[1]的要求,又便于堤防工程实际应用.

牛屯河堤防工程防渗墙及减压沟渗控效果分析

针对牛屯河堤防工程中所采用的不同渗控措施 ,利用各堤段监测断面的测孔水位资料对堤基渗流情况进行了分析 ,对塑性混凝土薄型防渗墙、深层搅拌桩防渗墙及减压沟的渗控效果作出了评价。

大型桥梁基础施工对堤防稳定性的影响分析

珠海市洪鹤大桥^#3主墩位于既有中珠联围防洪大堤背水侧防护区,桥梁基础施工需在堤防保护区进行筑岛填筑、深基坑开挖。为确保桥梁施工期防洪大堤的安全,针对#3主墩基础施工期间防洪大堤的渗流及整体稳定性进行了分析,并进行了位移和沉降监测。结果显示:桥梁基础施工对大堤稳定性影响较小,大堤不会发生失稳。

长江江堤及九江溃口段复堤渗流控制与地基处理设计

总结了九江江堤溃口段复堤设计经验。阐述堤防地基渗流控制应确保有一定渗径长度，防止产生渗透破坏，减少作用在防洪墙底板上的扬压力。采用迎水侧具有隔渗作用的格栅状深层搅拌桩结构，可提高地基承载力，消除不均匀沉降，确保地基抗滑及抗渗稳定。