非饱和渗流下土石坝坝坡可靠性分析

将饱和-非饱和渗流场统一起来,建立了饱和-非饱和渗流的微分方程.根据极限平衡原理,考虑基质吸力对抗剪强度的影响,采用延伸的摩尔-库仑破坏准则,建立边坡在非饱和土条件下的安全系数公式.运用饱和-非饱和渗流有限元程序,对土石坝工程进行了计算和分析,探讨了稳态和瞬态下库水位变化时,坝体内浸润面的变化、瞬态孔隙水压力分布情况.进一步采用蒙特卡罗法把渗流计算所得的瞬态孔隙水压力分布用于坝坡可靠性分析,计算坝坡的瞬态可靠指标,对土石坝在非饱和、非稳定渗流作用下,不同水位下降速度对上游坝坡可靠性的影响进行了研究.结果表明:库水位下降对坝坡产生饱和-非饱和渗流作用,渗流场受降速的影响大,库水位下降速度增大,坝坡稳定性降低;坝坡可靠指标与库水位的关系呈抛物线变化趋势,渗流浸润线开始比较陡,最后趋于平缓,而坝坡可靠指标表现为开始减小,经过一段时间达到最小值,然后逐渐增大.     

地下水位上升下黄土斜坡稳定性分析

黄土高原一些地区,由于塬上引水灌溉使得地下水位不断抬升,造成黄土滑坡频繁发生。地下水位变化严重影响着黄土斜坡的稳定性。基于饱和-非饱和渗流理论和延伸的摩尔-库伦破坏准则,结合室内饱和和非饱和试验结果,针对泾阳南塬一典型黄土斜坡,考虑地下水位上升情况下,对其进行了瞬态饱和-非饱和渗流分析;然后将计算得到的瞬态孔隙水压力分布用于斜坡的极限平衡分析。结果表明:地下水位上升对暂态渗流场和斜坡稳定性有明显影响;考虑非饱和渗流和吸力强度的边坡稳定分析方法更加符合实际情况。     

洪水作用下土石坝系统结构图仿真与渗流稳定性分析

为了研究土石坝在洪水作用下的渗流稳定性,依托实际水库工程,以土石坝的坝体为主体,重点考虑洪水、水库、泄洪洞模型输入输出的约束关系,建立了该土石坝洪水过程的结构图仿真模型,并计算得到了在典型洪水过程中水库水位变化曲线;在此基础上采用有限元法,考虑非饱和区的影响,对土石坝非稳定渗流场进行了模拟;利用暂态渗流场计算结果,运用Morgenstern-Price法计算分析了土石坝上、下游坝坡的稳定性。结果表明:上、下游坝坡的稳定系数变化趋势与库水位一致,即坝坡稳定系数随库水位的上升而增大,随库水位的下降而减小。库水位变化的结构图仿真、渗流计算、稳定系数计算构建了较为完整的解决方案,为洪水作用下的土石坝渗流稳定性分析提供了新的手段。     

稳定渗流条件下土坡稳定性分析的一种新方法

在提出随机角生成曲线滑动面方法的基础上,通过改变选定参数来搜索临界滑动面,对渗流作用下的不同土质边坡进行稳定性分析。 考虑渗流效应时,将土体视为三种土条划分情况,并进行受力分析,推导出简化Janbu法中土条的浮力和渗透力计算公式。同时,对实际渗流场做出合理简化,以便应用于计算机编程。算例对比分析表明: ①此方法计算出的最小安全系数与已有研究成果非常接近,得到的最危险滑动面也颇为相似,可证明本文方法的正确性; ②以非圆弧滑动面与圆弧滑动面计算出的最小安全系数相比,前者明显要小,建议在有渗流作用时应采用非圆弧滑动面; ③对两个不同水位下的均质土坡,以水位与坡高之比为参数对边坡状态进行分析时,结果表明随着地下水位的升高,边坡安全系数急剧下降,因而,渗流效应是边坡发生失稳的一个重要因素,工程实际中应特别注意边坡排水设施的设置。     

露天矿边坡饱和渗透系数随机场数值模型研究

为分析强降雨入渗及渗透系数空间变异性对闭坑露天矿边坡渗流场的影响程度,基于非饱和渗流理论和随机场理论,采用非侵入式随机方法,通过FISH语言编写非饱和区单元饱和度、渗透系数与基质吸力的修正函数,建立饱和-非饱和渗流随机场模型,开展强降雨作用的高大陡深岩质边坡渗流特征研究。研究结果表明,修正饱和-非饱和渗流随机场模型能够准确地描述露天矿边坡的降雨入渗过程。且降雨入渗主要影响到露天矿边坡浅层渗流场。随降雨持时变化,在坡面与地下水位线之间形成包围的且逐渐缩小的非饱和区。坡面最早出现暂态饱和区且厚度逐渐增加,但增幅逐渐放缓。同时坡面点孔隙水压力最早达到稳定值零,离坡面越远的点孔隙水压力达到稳定值零的用时会越长。该结论可为闭坑露天矿边坡的地质灾害风险预测提供参考意义。     

库水浸泡后滑坡体中水分布的实验研究

建立了室内模拟库拟库水浸泡后滑坡体内水润湿的渗流实验装置，根据清江茅坪滑坡的地形、地貌以及岩土混合比例，填制了岩土体实验模型。模拟了水位在涨至模拟坡体凌空面一半高度和水位漫过凌空面达到第一平台高度时，坡体内的水分布情况，在水位降落实验过程中，岩土体部分失稳。证明了润湿滞后在降水期滑坡中起主要作用。     

复合含水层地区深基坑降水三维渗流场数值模拟——以上海环球金融中心基坑降水为例

长江三角洲分布有巨厚、松散的第四纪沉积层,地下含水系统为一复合含水层系统,深基坑降水一般采用非完整井,且由于深基坑周围连续挡水墙难以深入含水层底板,所以其地下水渗流场变化极其复杂,具有明显的三维流特征。本文以上海环球金融中心深基坑降水为例,采用数值模拟方法,模拟了在多层含水层复合存在、含水层最深底板埋深达149m、基坑周围挡水连续墙埋深达34m、基坑内地下水位降深达26m的情况下的地下水三维渗流场特征,并以此为据确定出了该基坑降水的最优化方案。     

考虑非饱和土基质吸力作用的土石坝渗流分析

传统的渗流分析主要考虑饱和区而忽略非饱和区内的渗流,本文首先对影响非饱和土渗流特性的重要物理量基质吸力进行了分析,阐述了其形成机理并推出其理论计算公式,然后在考虑基质吸力的作用下,基于饱和．非饱和渗流计算原理,采用有限元法考虑了渗流场非饱和区的影响,并以各向同性均质坝和心墙土石坝为算例,进行了计算分析。算例表明,由于基质吸力产生的虹吸作用,使得浸润线上部的非饱和区内也存在着连续的水流,否定了传统分析中浸润线是最上部流线的假设,通过分析这种水流的特点,定性的得出其对土石坝渗流稳定性的影响,对土石坝渗流分析具有一定的指导意义。     

三峡库区大石板滑坡区排水系统效果评估

结合三峡库区大石板滑坡工程实例 ,以连续 36天的降雨过程为条件 ,利用已有的地下水位观测资料 ,采用人工神经网络方法预测滑坡内地下水位在排水工程实施前后的变化 ,以此作为非饱和—饱和—非衡定地下渗流计算的特定水头边界。根据计算的地下水位进行滑坡稳定性分析 ,结合稳定分析成果对排水系统工程的效果进行评价。结果表明 ,地下排水工程的实施可较大幅度地提高滑坡的稳定性。     

岩体的场位特征及其工程应用

岩体的工程特性与岩体所处的地应力场、渗流场的特征及其在场中的位置有着明显的关系 ,本文对岩体变形模量与地应力的关系及其在空间的变化特征进入了深入的研究。     

黄河李家峡典型岩坡变形破坏的水效应研究

黄河上游李家峡段高陡岩坡变形破坏受多种因素控制, 其中水的影响十分明显, 主要包括水的静态效应和动态效应两方面。本文从地下水的软化作用、库岸水压力或静水压力、孔隙水压力, 以及河流冲蚀、边岸再造、降雨引起的动水压力作用和水库泄水引起的动水压力作用等方面, 结合数值模拟手段分别研究了它们对岩坡变形破坏的影响程度和方式。     

昆仑山隧道沟谷融区发育特征分析

利用多年冻土区昆仑山隧道2#冲沟帷幕注浆的机会,将注浆孔当作测试孔,测试每个孔的水位和孔温。通过测试孔水位、孔温和注浆量变化分析,判断2#冲沟融区发育特征,得出2#冲沟沟底的融化深度远大于通常的冻土上限;阳坡地温高于阴坡地温;在2#冲沟段,昆仑山隧道中心线左右至少7m范围内为融化区,融区深度在隧底2⁵m以下;阳坡地层的孔隙率高于阴坡孔隙率,沟底岩层与地表有较为畅通的地下水流通道,沟底地下水渗流通道明显优于两侧山坡,沟心纵断面位置附近存在至少一条未被冻结的地下水通道,且该通道的埋置深度至少可达17³0m,为昆仑山隧道渗漏水病害治理提供依据。     

模拟不同节理粗糙度对单裂隙渗流的影响

在研究岩体裂隙间的渗流特性时,节理粗糙度会影响裂隙水流的渗流特性和路径,因此需要对粗糙表面进行恰当的描述。本文选取伸长率、最大起伏高度、最大起伏角和分维数4个参数刻画粗糙度。结合分维数的计算方法,选择当最大起伏高度为2.5mm、节理宽度为5mm时,随机生成4组直线和曲线节理边界。建立二维模型模拟发现,最大起伏角、伸长率和分维数是影响水流流速分布的敏感因素。在节理最高起伏处的下边界,流速值最大。此外,粗糙度的方向性对渗流影响较大。同等节理条件下,可发现沿水流方向,最大起伏高度的位置越靠后,越能抑制最大流速值,从而减小渗流破坏。最后,根据规则锯齿状的节理试验分析表明,在外力条件下,渗流量一定时,节理通道一旦发生改变,内部形成的漩涡便与水流的有效路径呈现负相关关系。     

深厚覆盖层在水库蓄水后渗流场变化情况下稳定性分析

渗流场对深厚覆盖层的影响主要表现在渗水对覆盖层的物理化学以及力学方面的作用。本文以金沙江鲁地拉水电站库岸典型地段的深厚覆盖层在蓄水后的稳定性为研究实例。在现场深入调查,查明地质结构、深厚覆盖层的物质组成、分层特征、粒度组成、物理力学性质及渗透参数的基础上,利用三维有限元程序对覆盖层的变形破坏进行了计算,分析水库蓄水后渗流场的变化对深厚覆盖层的影响。分析结果表明,江水抬高5m后,渗流场发生变化。受渗透压力的作用,覆盖层在平行河流和垂直河流方向变形位移不同,平行河流方向最大变形量为50cm,垂直河流方向的最大变形量为133cm,地面最大沉降量为188cm,如此大的变形将会造成覆盖层的变形破坏,进而影响其上部建筑物和公路的安全。     

Seepage from a channel: Solution structure and flow-rate estimation

Using functional analysis methods, problems that arise in calculating underground water seepage from an earth channel are investigated. The problem of estimating the seepage loss is considered. Novel methods which make it possible to overcome the difficulties in solving variational problems of channel seepage are proposed. An exact (unimprovable) estimate is found for the seepage loss from earth channels. The channel shape optimal among channels with a given cross-section contour length is obtained.     

岩石边坡裂隙渗流的流形元模拟

为了能够更好地考虑裂隙渗流在岩石边坡破坏中的作用,在考虑裂纹扩展的数值流形方法程序基础上,从最小势能原理出发,阐述了渗流与变形的耦合作用机理并推导了相应的耦合方程,在程序中实现了对渗流与断裂的模拟。最后利用该程序对含初始裂隙的岩石边坡在渗流作用下的破坏过程进行了模拟。模拟结果很好地再现了边坡在渗流作用下的实际破坏过程。同时通过对裂纹扩展过程中应力强度因子的计算发现,第一应力强度因子始终大于第二应力强度因子,且随着计算时间增加,二者的差值逐渐增大,裂纹扩展以Ⅰ型为主。     

大型滑坡地下水系统的概念模型——以长江三峡库区宝塔滑坡为例

本文以中国长江三峡工程库区大型滑坡——宝塔滑坡为例 ,在地质结构研究的基础上 ,尝试通过地下水动力场、水化学场、水温度场和水的环境同位素的调查研究 ,查清地下水补给、径流、排泄条件和地下水随外界因素 (降雨、水库蓄水和人为入渗、排水等 )变化的规律 ,从而建立滑坡地下水系统的概念模型。这既是滑坡的地下水预测和变形预测的必要基础 ,也为滑坡的治理指明了方向。     

岩体中饱和渗流应力耦合模型研究进展

在大坝渗流与控制、各种水工隧洞和交通隧道以及地下各种洞室开挖、采矿工程与油藏开采中的水力劈裂、 岩坡和坝基的稳定性研究等领域中经常会遇到岩体的饱和渗流应力耦合问题.本文对这些领域中的渗流应力耦合问题分为6种力学模型: 等效连续介质模型、 裂隙网络模型、 双重介质模型、 断裂力学模型、 连续损伤力学模型和统计模型.前3种主要从经典的黏弹塑性本构着手考虑, 着重对渗流场的处理, 后3种则是从考虑岩体在耦合作用下发生损伤破裂行为方面切入, 着重于岩体结构内部发生质的改变带来的更加复杂的耦合效应.对这些模型进行了详细的介绍, 指出了这些模型的优缺点与适用范围, 给出了一些有代表性的研究成果, 并对该研究领域中未来的研究方向进行了展望.