原状黄土的地区湿陷特性及其潜在湿陷率

对 3个典型黄土地区的原状黄土样在不同湿度状态下的湿陷特性进行了研究 ,探讨了含水率、干密度、压力对黄土湿陷性的影响规律 ,着重从结构性的角度解释了不同地区间黄土湿陷特性的差异。基于不同地区间黄土湿陷特性的差异这一事实 ,提出了黄土潜在湿陷率的概念。结果表明 ,这一概念可用于对黄土湿陷性的分析 ,并能较好地反映不同黄土种类的结构特性。     

膨胀土地基增湿变形的离心模型试验研究

【目的】根据渠道地基的运行特点,对浸水条件下的膨胀土渠道地基进行离心模拟试验。【方法】将模型离心加速度增加到60g,然后浸水并保持水头8.5 cm,再用各种传感器测量浸水过程中模型的表面位移、内部土压力和吸力。【结果】在上覆水压力作用下,膨胀土先发生压缩,然后由于水分浸入发生轻微膨胀,并导致侧压力系数逐渐增大。试验后对模型含水量和干密度的测定表明,模型内形成了含水量梯度,干密度随深度逐渐增加而增大。【结论】模型变形和内部土压力变化是模型内部含水量变化的结果,同时也受上覆压力影响;基质吸力主要与含水量有关,受重力加速度变化的影响较小。     

弧底梯形渠道抗冻胀结构优化与数值模拟

在季节性冻土地区,弧底梯形渠道属于抗冻胀结构之一,但其设计方法仍依靠经验和规范,设计结构易发生冻胀破坏,为此提出了结构优化的方法进行渠道设计。该方法包括构建结构优化数学模型和"冻土-衬砌结构"简化算法二方面内容。首先以渠道造价为目标函数,以实用经济断面、衬砌体拉应力和法向位移为约束,建立结构优化数学模型。其次采用"初始冻胀位移"模拟高度非线性的法向冻胀力,通过定义摩尔库仑摩擦单位模拟冻土与衬砌间的相互作用,最后基于ANSYS的APDL语言的二次开发建立参数化模型进行结构优化。通过实际工程的结构优化表明,在最不利气象和水文地质条件下,优化后的断面可保证渠道不产生裂缝;同时节约土地面积207 m~2/km,衬砌厚度减小0.3 cm。提出的方法可用于弧底梯形渠道结构计算和优化设计,可以获得运行安全、造价合理的断面尺寸。     

侧限条件下膨胀土增湿变形计算模式研究

【目的】研究膨胀土在增湿过程中的膨胀变形规律,提出膨胀土在侧限条件下的增湿变形计算模式。【方法】以采自安康的膨胀土为试样,在压缩仪上对不同初始干密度的试样分别进行无荷载分级浸水试验、无荷载分级浸水变形稳定后的压缩试验、有荷载分级浸水及一次性浸水变形试验,测定膨胀土在浸水过程中的变形情况,分析总结其变形规律,提出其增湿变形计算模式,并对提出的计算模式进行验证。【结果】无荷载作用下的分级浸水试验中,各试样的膨胀率均随着含水率的增加而增大;浸水变形稳定后对其进行压缩试验,各试样膨胀率随着垂直压力的增大而减小。试样在有荷载分级浸水试验中,在较大压力下,膨胀率随着含水率的增大先稍有增加,后又减小而表现为压缩变形;在压力较小时,试样的膨胀率基本上是随着含水率的增加而增大;在含水率增加到饱和状态时,膨胀变形趋于稳定。有荷载一次性浸水变形试验中,试样所受压力越小,膨胀率越大;初始干密度越大,膨胀率也越大。提出了如下增湿变形计算模式:无荷载作用下不同初始干密度膨胀土在分级浸水过程中,膨胀率随含水率增加的变化符合双曲线规律;浸水变形稳定后进行压缩试验,试样膨胀率与压力的关系呈双曲线规律。有荷载作用下膨胀土分级浸水试验中,试样含水率的累积增加量与膨胀率的变化规律基本符合二次曲线关系;试样在压缩稳定后一次性浸水变形试验中,最大膨胀率与初始干密度呈线性变化规律。【结论】提出了侧限条件下膨胀土增湿变形的计算模式,将计算模式用于宁夏某渠道地基变形分析,结果基本符合实际情况。用该模式对试验结果进行回判分析,计算数值与试验数据吻合较好。     

基于部分保温法的渠道保温板厚度计算与数值模拟

保温板是北方渠道常用的保温材料,其铺设厚度一般通过经验或全部保温法的热工计算确定,工程造价较高。该文以聚苯乙烯泡沫板为例提出了部分保温法,分析了其合理性和适用条件之后,基于热阻等效原理给出了其计算方法,同时选取新疆车排子西干渠进行部分保温法保温板厚度设计,并与全保温法计算量进行比较。结果表明：部分保温法比全保温法降低了19%的工程造价。最后利用ANSYS有限元程序对原渠道和部分保温渠道进行热力耦合数值模拟。数值分析表明：部分保温渠道的最大冻胀量为1.35 cm小于设计允许值2 cm,满足抗冻胀要求,部分保温法是可行的;其冻胀量、冻胀力不但分布更加均匀,且被大幅削减,其中阴坡被削减达80%以上。     

盐渍土冻胀性的试验研究

在室内采用低温冰箱对扰动盐渍土和洗盐后盐渍土的冻胀性进行了研究。结果表明,扰动盐渍土和洗盐后盐渍土在温度高于-4℃时的冻胀率变化最大,在温度低于-4℃时,其冻胀率趋于稳定。冻胀率不但与温度有关,而且与含水量、易溶盐含量、粉粒含量有很好的线性关系,可用线性方程初步估算盐渍土的冻胀率。     

机井和地下水位对坎儿井水量影响的数值模拟

长期以来坎儿井和机井是吐鲁番地区2种重要的灌溉水源工程,但由于吐鲁番地区机井布局和水源开采缺乏科学规划,造成区域地下水位的下降,直接威胁到了坎儿井的存在.为了探究机井抽水和地下水位对坎儿井水量的影响规律,在研究火焰山山前洪积扇水文地质条件的基础上,结合坎儿井独特的运行机制,建立了坎儿井出水模型,通过施加不同位置和数量的机井,变换抽水量和地下水位等方式以控制影响因素.结果表明:坎儿井水量与机井的距离和抽水量呈负相关,但会因其位置和排布形式的不同而产生不同程度的影响;单井对坎儿井水量的影响十分有限,群井对坎儿井水量的影响较大,其中又以集水段附近设置机井的影响最大;而在所有对坎儿井水量影响的因素中,地下水位起到了决定性作用.因此坎儿井的保护工作应以控制地下水位为主,同时严格控制坎儿井周围的机井数量和抽水量.     

坎儿井隧洞井壁剥落破坏原因与防渗加固

暗渠隧洞剥落坍塌破坏是坎儿井消亡的主要原因之一。该文选取典型坎儿井,通过现场实测调研、室内试验研究了坎儿井井壁的水份分布特征、来源以及土性参数;基于滤纸法获取的增湿土-水特征曲线,进行了坎儿井非饱和稳态渗流有限元分析。研究表明:冬季坎儿井井壁水分来源主要是毛细水,0.6 m以下为暗渠毛细水强烈影响区,井壁土为冻胀性土;井壁严重剥落高度(1.0~1.5 m)与起始冻胀含水率高度(1.1 m)基本一致,冻融循环后低围压下有效粘聚力降低显著,可明确冻融是井壁剥落破坏的主要原因;基于防渗止水的井壁抗冻胀思路,提出了在隧洞纵深负温范围内进行局部防渗衬砌的工程加固措施,该措施具有井壁抗冻胀、施工维护简单、不破坏坎儿井这一历史文物原貌等优点,具有一定的理论和技术推广价值。     

岩质边坡楔形体破坏的离心模型试验方法研究

叙述了岩质边坡楔形体破坏的离心模型试验,较详细地介绍了试验中模型材料选择和试块加工的过程,最后采用Hook方法和机动位移法对离心模型试验的结果进行了分析,得到了预期的试验成果。     

辐射管技术在坎儿井水量控制中的应用及数值模拟

坎儿井在吐鲁番地区灌溉、人畜饮水和环境保护等方面发挥着不可替代的作用。坎儿井常年自流出水,非灌溉期间水量除满足很少的生活用水以外,大部分水量无效蒸发而白白浪费。该文在分析吐鲁番地区坎儿井地质条件和坎儿井独特的运行机制的基础上,提出坎儿井水量人为控制技术——辐射管增水和水量控制技术。该技术的主要思想是:衬砌加固坎儿井集水段,并在集水段头部打设水平方向辐射管,改原坎儿井侧壁集水为辐射管集水,并在衬砌体内各个辐射管出水口接到一个汇水总管上,总管末端设置节制阀门,用于人为控制水量;利用立体建模的方法建立了增设辐射管的坎儿井渗流计算三维模型,论证了该技术的可行性。结果表明:利用辐射井技术改造后的坎儿井,集水范围扩大,单个坎儿井出水流量可以达到原来的2倍以上,效果十分明显;设置节制阀能够克服坎儿井水量无法控制的缺陷,是保护吐鲁番地区十分珍贵的地下水资源的有效手段。该技术的推广对坎儿井地下水资源的涵养与坎儿井保护具有重要意义。