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.     

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。     

EKG用于排水加固细粒尾矿的试验研究

针对尾矿干式堆存后期尾矿坝受到外来水及内部孔隙水侵害的问题,采用电动土工合成材料(EKG)对非饱和细粒尾矿砂进行室内脱水试验,研究EKG对非饱和尾矿砂含水率、沉降量和抗剪强度的影响以及电化学作用。研究表明:随着阴极电渗水不断排出,基质吸力增大,产生颗粒表面黏聚力,导致有效应力增加,从而土体强度增大;电流呈现出先短暂增加,随后按照负指数的规律衰减;电势在土体电阻增大的作用下发生降低,且在阳极附近电势降特征显著;末期电渗作用受界面电阻抑制,排水速率缓慢。EKG室内脱水试验后的尾矿砂含水率降低,抗剪强度提高,表现出较好的加固效果。     

梯级溃坝洪水洪峰增强机制

我国在多条河流上修建了大量梯级水库, 梯级坝溃决诱发洪水大大超过单坝溃决洪水洪峰, 因此亟需加深对梯级坝溃决洪水洪峰增强机制的认识. 本文建立了梯级坝溃决洪水演进过程的一维浅水动力学模型, 发展了一套能捕捉激波、干湿边界和保平衡结构的数值求解方法, 通过大量算例, 系统研究了梯级坝溃决洪水演进过程的质量转化和能量转化机制. 研究结果表明, 梯级溃决中, 上游溃决诱发的洪水大大增大下游水库的质量和动量, 形成一个带动量的水塔, 同时在尾部残留一个动量较大的射流, 不断补充下游坝体溃决后水塔的质量和动量, 持续维持洪峰高度. 根据该射流-水塔机制, 建立了梯级坝溃决洪水演进过程对应的射流-水塔单坝溃决洪水过程等效模型, 该等效模型基本反映了梯级坝溃决诱发洪水的洪峰过程, 并成功预测了多个坝间距为百公里量级的梯级坝溃决洪水洪峰高程和流量, 可望为流域防洪和梯级坝设计提供理论依据.      

梯级溃坝洪水洪峰增强机制

我国在多条河流上修建了大量梯级水库,梯级坝溃决诱发洪水大大超过单坝溃决洪水洪峰,因此亟需加深对梯级坝溃决洪水洪峰增强机制的认识.本文建立了梯级坝溃决洪水演进过程的一维浅水动力学模型,发展了一套能捕捉激波、干湿边界和保平衡结构的数值求解方法,通过大量算例,系统研究了梯级坝溃决洪水演进过程的质量转化和能量转化机制.研究结果表明,梯级溃决中,上游溃决诱发的洪水大大增大下游水库的质量和动量,形成一个带动量的水塔,同时在尾部残留一个动量较大的射流,不断补充下游坝体溃决后水塔的质量和动量,持续维持洪峰高度.根据该射流-水塔机制,建立了梯级坝溃决洪水演进过程对应的射流-水塔单坝溃决洪水过程等效模型,该等效模型基本反映了梯级坝溃决诱发洪水的洪峰过程,并成功预测了多个坝间距为百公里量级的梯级坝溃决洪水洪峰高程和流量,可望为流域防洪和梯级坝设计提供理论依据.     

米箭沟尾矿坝料动力特性试验研究

本文对米箭沟尾矿坝料的组成、结构特征和物理力学性质进行分析,运用振动三轴试验确定尾矿坝料的动力特性参数,分析研究动力特性指标模型,得出动应力、动模量、阻尼比、动剪切摸量随动应变的变化规律,以及动应力与破坏振次,孔压比与振次比的变化规律,并提出符合试验结果的孔压模型,对该尾矿坝的地震动力分析及抗震稳定性评价提供一定科学依据和技术指导。     

尾矿砂二维非饱和渗流的实验研究

为研究尾矿砂非饱和渗流,通过自行设计的仪器进行了二维非饱和渗流实验,得到了实验中的基本现象和渗流稳定后含水率沿水平和竖直方向的分布。利用直剪实验测试了非饱和尾矿砂抗剪强度参数与含水率关系。通过分析综合获取了非饱和尾矿砂抗剪强度参数的空间分布,并利用分析结果解释了非饱和渗流中的基本现象。研究结果表明:尾矿砂非饱和渗流中出现了明显的裂缝和错层;非饱和尾矿砂内沿水平和竖直方向含水率分布均近似服从指数规律;粘聚力随含水率的增加先增后减;内摩擦角随含水率的增加单调递减;抗剪强度参数具有空间分布特点;裂缝和错层源于抗剪强度参数的分布与变化。     

考虑引流槽开挖措施的堰塞坝溃决机制分析

基于土水耦合机制,耦合溃口水力学、溃口扩展、溃口侵蚀、洪水调节模型,提出了考虑引流槽开挖措施的堰塞坝溃决机制分析方法,并应用于红石岩堰塞坝案例,定量分析了不同开挖措施导致的溃决洪峰流量、洪峰时间、总泄洪量以及对下游梯级水库群的风险效应。结果表明,若单一考虑坝址的溃决洪水,不同开挖措施的溃决洪峰流量及溃决时间相差不多,溃决洪峰流量差值在360m3/s范围内变化。当开挖的引流槽宽度增加时,堰塞坝洪峰流量降低,总泄洪量增加,到达洪峰时间相差不多,下游水库群的最高水位、出库洪峰流量降低,漫顶时间推迟。当深度增加时,堰塞坝溃决洪峰流量、总泄洪量降低,到达洪峰时间提前,下游水库群的最高水位、出库洪峰流量降低,漫顶时间提前。以下游梯级水库群不翻坝为首要风险安全控制标准,可确定引流槽开挖最优方案为宽20m、深10m。     

确定非饱和粉土吸附强度的试验研究

非饱和粉土的吸附强度是土力学研究中的难点。针对非饱和粉土吸附强度的影响因素复杂且难以确定等问题,以饱和粉土抗剪强度计算公式为基础,以非饱和粉土抗剪强度作为过渡,研究吸附强度的确定方法。本文通过对不同含水率条件下的非饱和粉土进行固结不排水三轴剪切试验,利用MATLAB对得到的试验结果进行线性回归分析,探究非饱和粉土吸附强度与含水率之间的关系,提出了非饱和粉土吸附强度的计算公式。研究结果表明,非饱和粉土的吸附强度与含水率呈线性递减趋势。本文提出的计算公式可为非饱和粉土的理论分析和工程应用提供参考。     

不同排水条件下非饱和土中柱孔扩张问题的解析分析

现有的圆柱孔扩张理论已可为诸如石油工程中井筒稳定性鉴定、 及旁压和圆锥贯入实验分析等提供理论依据, 但在非饱和地基压力注浆, 复合地基处理等实际工程问题中却鲜有应用. 基于弹塑性理论和非饱和土力学原理, 采用统一强度理论, 对非饱和土中柱形小孔扩张问题进行了解析研究. 首先将柱孔周围土体分为弹性区和塑性区, 并考虑在弹性区遵循小应变理论, 在塑性区遵循大应变理论, 同时考虑了中间主应力及粒间吸力对非饱和土体强度的影响. 其次应用有效应力表示的统一强度准则, 在本构关系、几何方程、动量平衡方程等基本方程的基础上, 结合相应的边界条件, 最终获得了不同排水条件下柱孔扩张时周围弹塑性区域内的应力场、应变场、位移场及极限扩孔压力的解析表达式. 通过数值算例和参数分析, 在与现有的饱和及非饱和土中柱孔扩张理论进行退化验证的同时, 分析了吸力、剪胀参数、中主应力效应参数及初始径向有效应力等对弹塑性区域内的应力场、应变场及位移场的影响规律, 验证了本文理论的正确性及有效性, 以期为实际工程问题提供合理的理论依据.      

工程水文地质学及其在水电工程中的应用概述

工程水文地质问题产生于人类工程活动与地质环境中岩土体和地下水之间的相互制约和相互作用过程中,由于问题本身的复杂性,目前对这类问题的研究尚处于相对分散的单一研究状态,缺乏系统的从地质机制分析到地质模型抽象,进而由模拟再现到发展趋势预测以及治理措施论证的全过程研究。本文在系统分析、总结水电工程中水 -岩和水 -工程建筑的作用类型及特征基础上,认为可能出现的工程水文地质问题主要是;水库诱发地震、岩溶渗漏、库岸及高边坡的稳定、坝基、坝肩抗滑稳定、枢纽区深层承压水问题等。     

三峡库区塌岸的物理模拟研究

三峡水库正常蓄水以后,涉水岸坡岩土体内部的地下水动力场和应力场都将发生较大的改变,再加上库水位变动、风浪侵蚀以及暴雨等外部营力作用,岸坡稳定性将发生显著变化,并可能导致塌岸的发生。为了研究三峡水库的塌岸模式和成因机理,本文在查明三峡库区塌岸工程地质条件的基础上,采用物理模拟手段,利用正交设计原理,分析研究了塌岸模式及塌岸宽度与岸坡坡角、水位、降雨强度、土质及波浪等影响因素的关系和敏感程度。     

淮河大堤老应段土体蠕变特性研究及工程应用

本文依据工程需要, 采取淮河大堤老应段的原状和扰动土样, 在室内对堤体及堤基土的剪切蠕变和拉伸蠕变特性进行了试验研究。粘土的蠕变剪切强度远低于瞬时剪切强度, Ｃ∞值仅是Ｃ值的４０％左右;相同含水条件下粘土的长时抗拉强度大于瞬时抗拉强度, 长时拉伸应变量远大于瞬时拉伸应变量, 约为２倍。     

粉煤灰作为排水垫层筑坝的动力分析

淮南某电厂灰坝设计拟采用粉煤灰作为坝基排水垫层筑坝以节约资金。为研究其可行性,在已有的大量静力和动力特性试验研究基础上,对该灰坝在地震荷载作用下的动力反应进行研究。研究中以Biot波动方程为基础,考虑水土动力耦合作用和土体和非线性性质,引入地震孔隙水压力和残余变形项,把动力分析与动力渗流、液化发展及骨架变形加以综合考虑。研究表明,7°地震烈度条件下用本文配制的粉煤灰代替砂作为排水垫层筑坝是可行的。     

敦煌莫高窟北区岩体变异变形及修复对策

敦煌莫高窟北区岩体长期以来在特殊的地形地貌、气象水文、岩土性质、地质构造条件下,受人工开挖、重力、风蚀、雨蚀和洪水冲刷等共同作用,岩体发生风化、卸荷等变异以及崩塌、坍塌和危岩、开裂与裂隙(构造裂隙、卸荷裂隙)等多种变形,严重影响岩体的稳定和洞窟的安全。针对上述变异、变形破坏情况,采用PS材料加粉煤灰浆液灌浆封闭裂隙和岩面喷浆加固相结合的修复方法,有效地防止了岩体变异的进一步扩展和表面风化的加剧,减少了岩体变形和表面风化程度,使石窟得以保护和修复。该方法对黄土及干旱地区石窟保护具有良好的借鉴作用。     

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。     

Water and salt movements in simultaneous flood-irrigation and well-drainage operations

This paper describes a new technology for solonchak soil reclamation in which surface flood irrigation of fresh water and pumped wells drainage of salty groundwater are combined. The comprehensive investigation of water and salt movement has been conducted through field test, laboratory simulation and numerical calculation. The dependence of desalination on irrigation water quantity, drainage quantity, leaching time and other parameters is obtained based on the field tests. The entire desalination process under the flood-irrigation and well-drainage operations was experimentally simulated in a vertical soil column. The water and salt movement has been numerically analyzed for both the field and laboratory conditions. The present work indicates that this new technology can greatly improve the effects of desalination. The project supported by the National Natural Science Foundation of China     

长江宜都河段茶店崩岸机理与防治研究

崩岸是长江汛期大堤最严重险情。 1998年长江特大洪水后期 ,宜都河段茶店岸坡崩岸直接威胁长江大堤安全。本文分析了长江宜都河段的环境地质条件 ,宜都河段河流地质作用的基本特征。系统研究了茶店崩岸的形成机制及稳定性分析 ,最后提出了岸坡崩岸防治措施。     

清江隔河岩水库蓄水后茅坪滑坡的变形机理及其发展趋势研究

茅坪滑坡位于清江隔河岩水库左岸,下距隔河岩坝址66Km,是隔河岩水库中最大的一个基岩古滑坡,体积约2350×10⁴m³。自1993年4月10日水库下闸蓄水以来,该滑坡发生了持续的缓慢变形,至目前为止,最大位移达2100mm,且仍在变形过程中。