基于分形理论的多孔介质渗透破坏研究

渗透破坏对大坝长效安全运行构成严重威胁,时常导致大坝险情发生乃至溃决。针对土石坝多孔介质自相似特点,开展了典型级配下的砂性土、粉质黏土等主要筑坝材料的渗透破坏分形试验,提出了可作为划分渗透变形判别标准的质量分维数。在分形理论基础上,探讨了质量分维数与颗粒级配、密实度、渗透系数等物理力学参数的关系,重点研究土体渗透破坏的分形特征。研究结果表明,土体质量分维数D2.35时,渗透破坏为流土;当2.35≤D≤2.65时,渗透破坏为管涌或流土;当D2.65时,土体渗透破坏为管涌。结论认为可通过渗透变形后质量分维数下降的趋势,来预测渗透变形的发生和发展情况,从而减少堤坝因渗透破坏而引起的致灾隐患。     

渗流方向对红黏土与砂接触流失影响的试验研究

为了研究红黏土心墙和反滤层的接触流失破坏,采用ST 30-3渗透仪进行了不同干密度的红黏土和反滤砂层在三种水流方向情况下的接触流失破坏试验,探讨接触流失的发生和发展过程,得出了渗透流速和渗透系数随水力坡降的变化规律,以及水流方向和红黏土干密度对接触流失破坏的影响规律。试验结果表明,接触流失的发展过程依次分为稳定阶段、过渡阶段、次生反滤层形成阶段和破坏阶段。随着水力坡降的增大,渗透系数先维持不变或微增,达到启动坡降后明显增大,在次生反滤层形成阶段又趋于稳定,达到破坏坡降后突然增大。红黏土干密度的增大和水流方向与接触面夹角的减小都有助于提高红黏土和砂抵抗接触流失破坏的能力。     

土石坝心墙反滤层特性试验研究

反滤层是保证心墙防渗体渗透稳定安全的第一道防线,对保证土石坝的安全运行至关重要。通过颗分、相对密度、接触冲刷、管涌、裂缝冲刷、接触流失等大量试验,分析了山西水库心墙反滤层设计级配的反滤和排水特性。在确保反滤抗渗安全的前提下,研究了适当加大设计级配上下包线区间的可能性,提出新的级配上下包线,并通过试验进行了验证。研究表明：原反滤层设计级配曲线符合保土和排水减压的要求;优化后的反滤层级配曲线也能够满足规范要求,且级配区间大,施工难度低,工程投资节省,更具优势。     

高膨胀土滑坡的防治

本文结合工程实例论述了膨胀土的危害和滑坡的形态特征,指出了用常规土力学方法判别膨胀土边坡稳定性的缺陷,阐明了在高膨胀土边坡设计中心必须重视干湿循环和内部裂隙破坏作用,通过良好的坡体保护和加固措施提高稳定性的观点。并对中小型水利工程中常用的坡脚反压平台、换土、污工及混凝土支挡以及抗滑桩四种膨胀土滑坡防治方法进行了分析比较。     

复合土工膜与粗粒料的摩擦特性试验研究

土工膜作为工程防渗处理的一种主要材料[1],在土石坝的防渗中已广泛使用.复合土工膜有时作为一种防渗材料铺设在坝体的上游坡中,达到防渗的目的.斜坡面上土工膜与垫层结构面的抗滑稳定直接影响到工程的安全运行.摩擦试验模拟了复合土工膜与粗粒料垫层结构面之间的摩擦特性,得到复合土工膜与粗粒料垫层结构面之间的剪应力和摩擦角.试验中剪应力具有明显的峰值和破坏后的残余值.试验结果表明,复合土工膜与坝体粗粒料垫层结构面的剪应力-剪应变关系为应变软化型.     

基于VBA的水闸设计系统中渗透压

从水闸设计中渗透压力计算模块着手，介绍了使用AutoCAD中内嵌的VBA编程工具对水闸设计系统进行二次开发的优势和意义。主要研究和分析了改进阻力系数法在计算机中的算法，编写出相应可视化程序，使用户在设计过程中，只需输入地下轮廓的布置形式、地基和水位信息，便可自动识别渗流段类型并采用相应的公式计算及绘制渗透压力分布图，还给出了进出口段的渗透坡降和闸底水平段的平均渗透坡降。     

高混凝土面堆石坝周边缝止水失效渗流性态仿真分析

以某枢纽工程面板砂砾石坝为研究对象,采用三维有限元分析技术,建立计算网格模型、给定计算条件以及设置工况,研究该工程在正常运行以及周边缝止水失效情形的三维渗流性态,分析其水头分布、各部位渗透坡降以及不同区域渗流量等渗流要素及变化情况,指导工程施工。结果表明,正常运行下,设计渗控措施能够有效阻断渗流,确保大坝渗流安全,但周边缝止水失效时坝体渗流量急剧增加,面板后的垫层渗透坡降大幅增大,影响大坝的正常运行,并易导致坝体破坏。     

渗渠取水工程反滤结构的试验研究

反滤层是渗渠取水工程中最重要的组成部分,渗渠反滤层是防止河床土体渗透破坏的有效措施,是渗渠出水水质的重要保障,反滤层的结构组成以及渗透性能直接影响渗渠"滤土"和"排水"效能。结合工程实际,通过水工模型试验,探讨反滤结构组成对渗渠渗滤作用的影响。试验研究和理论分析表明:反滤层结构变化对渗渠的集水流量和净滤作用都有较大影响,若以集水流量为主要指标,则单一均质滤层多层均质滤层级配滤层;若以净滤作用为主要指标,则多层均质滤层与级配滤层的去浊能力远高于单一均质滤层,且随着表层积沙厚度的增加,级配反滤层有更加明显的去浊效果,而且随着过流时间的增长,三种类型滤层结构的渗渠取水效能会越来越低。本研究成果对于渗渠结构在工程实际中的设计、施工、运行提供了一定的实践和理论依据。     

基于COMSOL的不同库水位条件下土石坝坝坡稳定性分析

由库水位变化引起的渗透破坏是造成土石坝失稳的主要原因之一,坝体滑坡极易诱发地质灾害,严重威胁人类生命财产安全。针对库水位上升对土石坝坝体滑坡的影响,以某均质土坝为研究背景,借助COMSOL Multiphysics数值软件研究坝坡临界失稳状态下的塑性区和水平位移变化,基于有限元强度折减法分析正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位3种工况下的坝坡稳定性。结果表明：随着库水位上升,土石坝内部浸润线位置提高,坝体的最大塑性应变和水平位移呈线性增大趋势,且最大值均出现在坝脚位置。坝脚处塑性区随折减系数SRF的增大逐渐向坝顶贯通,坝坡变形行为以剪切滑移为主。3种工况下稳定安全系数FOS分别为1.894、1.855和1.831,坝体稳定性不断降低,但均高于临界最小安全系数。     

边坡安全监测点合理选择有限元计算分析

结合广东乐昌峡水利枢纽工程右岸坝肩边坡,通过有限元强度折减法计算分析,研究如何合理选择边坡位移监测点.首先通过建立有限元计算模型,针对竣工期工况,对边坡进行有限元降强度计算,获得了边坡破坏时的滑动屈服带;然后在边坡表面选择若干点,计算并绘制其位移随边坡降强度折减系数的变化关系.计算结果表明:在滑动区域表面的点,其位移随降强度折减系数不一定是单调变化的,即随着边坡破坏的发展,某些点的位移有可能单调增长,而有些点的位移则出现震荡现象.显然对于位移单调增长的坡面点,有助于通过位移的变化情况判断边坡的稳定性变化情况,可作为观测布置点;而对于位移震荡变化的坡面点,有待进一步研究.滑动体以外的坡面点的位移对折减系数的变化不敏感,对于监控边坡破坏作用不明显.这一研究结果对于边坡位移监测点的选择布置具有理论指导意义.     

坡改梯对水源区坡面产汇流过程的影响研究综述

概括了坡耕地水土流失现状、危害,提出坡耕地水土流失治理是保护生态环境和维系水土资源可持续利用的迫切要求,通过综合分析坡耕地水土流失治理各项措施及实施效果,指出坡改梯是25°以下坡耕地水土流失治理的主要水土保持措施。针对坡改梯蓄水保土和减少坡面径流并影响水源区水量这一现实问题,从坡面尺度总结分析了前人在坡耕地改梯田对土壤水分特征、产汇流过程及水量平衡的影响方面所做的研究工作,指出应加强坡改梯土壤水分特征曲线、产流特征及水资源量的影响方面的研究,以期为水源区水土资源综合利用提供技术支撑。     

黄土高原丘陵沟壑区土壤水库调蓄能力分析

重建黄土高原土壤水库的调蓄功能是进行黄土高原生态环境治理的根本,而土壤水库的基本调蓄能力是对黄土高原土壤水库的定量描述.在对坡面果园土壤含水量定位观测的基础上,以含水量长期稳定土层为调节深度,得出阳坡土壤水库调节深度为300 cm,阴坡为450 cm,半阳坡和半阴坡介于二者之间;阳坡、阴坡、半阳坡和半阴坡坡面果园的调蓄能力分别为597.50、896.22、697.06和796.64 mm;土壤水库的调蓄量受调蓄能力及降水量的影响,丰水年主要受土壤水库调蓄能力影响,不同坡向间呈现出较大的差异性,以阴坡最大,阳坡最小,在年际之间也呈现出同样规律;枯水年土壤水库的调蓄能力主要受控于雨季降水量,坡向间差异不明显,其土壤水库蓄水有效性也表现为同样规律.     

贴坡式玄武岩纤维石笼河道护坡的离散元分析

针对盐碱土地区河道边坡存在不利于植物生长且易腐蚀混凝土和筋材的问题,提出一种采用玄武岩纤维石笼的防护技术。以某苏打盐碱土河道护坡为例,采用颗粒离散元程序PFC2D标定土体和玄武岩纤维石笼的细观参数并建立了离散元计算模型。在考虑渗流作用的情况下,采用颗粒流强度折减法分析了设计洪水位下石笼护坡的稳定性,并与原始边坡进行对比,此外对工程中关注的复合筋受力特征进行研究。结果表明:采用石笼支护后边坡的稳定系数提升了40.9%,坡内土体未发生破坏和滑动,石笼护坡的破坏形态表现为石笼之间的脱开和复合筋受弯脱开,复合筋的拉压应力远低于其允许的强度值。     

不同地表条件下土壤侵蚀的坡度效应

通过野外人工模拟降雨的方法，对不同地表条件下的径流和产沙的变化与坡度、降雨量、降雨强度等因素进行了相关分析，并在此基础上，就上述过程中的坡度效应进行了评价。结果表明，在相同降雨作用下，坡度对土壤侵蚀影响表现为：光滑地表大于中等粗糙地表大于粗糙地表；但在不同地表条件下，坡度与侵蚀和径流的相关性表现出不同。相对光滑地表，中等粗糙与粗糙的地表。在不同降雨作用下，径流量与侵蚀量，随坡度的变化，表现出不同的变化规律。且存在着一定的临界坡度。这一研究，为该区域坡耕地水土保持措施的配置提供了一定的理论依据，同时也可服务于黄土高原退耕还林（草）工程的实施。     

土保护层塑料薄膜防渗渠道的铺膜临界角

土保护层塑料薄膜防渗渠道的土-膜结合面通常是渠道滑坡的最危险界面,而膜料的铺放角度是影响渠坡稳定的重要因素.为此,分析了塑料薄膜铺放角度对渠道边坡稳定的影响规律,提出了土保护层渠道塑膜铺衬防渗铺膜临界角的概念,建立了铺膜临界角的数学模型.其结果对于防止渠道滑坡及渠道设计施工具有工程实际意义.     

山地履带拖拉机坡地等高线作业土壤压实应力研究

山地履带拖拉机（配备姿态调整机构）具有良好的稳定性和越障性能,特别适宜在丘陵山区坡地作业,然而由于坡地角的存在导致拖拉机两侧履带下的应力分布极不均匀,使得拖拉机附着性和通过性均降低。本文针对山地履带拖拉机坡地等高线行驶/作业时,坡地土壤内部应力分布规律不明确以及如何提高应力均匀性缓解土壤压实等问题,在深入分析坡地工况下履带最大接地比压与应力传递基本规律的基础上,采用EDEM-RecurDyn耦合方法进行了仿真试验,并采取土压力盒埋设法分别开展了基于小型坡地土槽的静态试验和坡地试验田的动态试验;其中,静态试验探究了不同深度土壤在含水率、初始紧实度、加载质量及坡地角等影响下的垂直应力分布规律;动态试验探究了山地履带拖拉机坡地等高线行驶/旋耕作业时履带下方土壤应力随作业速度、车身状态（调平/未调平）及牵引负载的变化规律;并分析了履带张紧力对土壤垂直、水平应力分布的影响。试验结果表明：履带下垂直应力在各支重轮的轴线处呈现一个应力峰值;水平应力在各支重轮轴线的前、后方分别出现一个应力峰值;适当增大作业速度,可减小土壤内部垂直和水平应力峰值,拖拉机速度由0.5 km/h增加到1.5 km/h,垂直...     

高稳定性卷盘喷灌机单喷头喷洒车设计

针对国产卷盘式喷灌机最常采用的单喷头钢架拼接式喷洒车在工作运行过程中受到喷头压力水后坐力、螺旋盘管扭曲的作用力和地面坡度等环境的作用而出现的弯扭、翻倾等问题,克服在喷头车上直接安装水泥配重块这一传统解决方案带来的成本提高、造型笨重粗糙等不足,从喷洒车的具体结构推导出影响其稳定性的理论因素.建立了单喷头喷洒车的三点支撑型式和五点支撑型式2种主要车架拓扑结构模型.以安装摇臂式喷头的喷洒车为例,考虑地面与车轮之间的摩擦因素,对一定坡度工况下运行的车体进行受力和受弯矩的平衡稳定性分析,将最大不翻倾临界坡度角作为衡量喷洒车稳定性高低的指标,基于MATLAB平台对影响稳定性的重心高度、前后支撑点距离等因素进行了优化,结果表明喷洒车的最大不翻倾临界坡度角提高了39.53%,优化后喷洒车的稳定性得到增强.分析思路和优化方法可为高稳定性喷洒车的设计优化提供有益的借鉴.     

陕南秦巴山区小流域坡面土壤特征分析

以陕南秦巴山区典型小流域坡面为例,研究了分布在不同坡住的5种不同土地利用方式下的土壤剖面特征、物理性质和养分分异特征,结果表明,土层厚度及其受坡度的影响与地表植被高度呈负相关;土壤全氮含量与地表植被高度也呈负相关,与坡度成正相关;土壤有机质含量与地表植被高度呈正相关。     

生物炭对黑土区坡耕地水土保持及大豆增产效应研究

针对东北黑土区坡耕地水土流失严重,农业用水量不足的问题,研究生物炭对该地区的水土保持及作物增产效应,并寻求最优生物炭施用量。2015年,以黑龙江农垦北安分局红星农场3°坡耕地为研究对象,研究不同生物炭施用量对大豆生育期土壤水分动态、表径流、土壤侵蚀、产量和作物水分利用效率的影响。结果表明,生物炭对坡耕地水土保持及大豆节水增产有较好的效果,其中对于水土保持方面,生物炭施用量越高,水土保持效果越好;而对于大豆产量与水分利用效率方面,则生物炭施用量为75 t/hm~2的处理效果最为明显。     

弯道和坡道上汽车操纵稳定性建模仿真

考虑弯道和坡道路面道路特征参数对汽车操纵稳定性的影响,建立汽车在弯道和坡道路面上整车操纵稳定性模型。根据仿真结果,分析了弯道和坡道路面道路特征参数对汽车操纵稳定性的影响。提出了汽车设计、道路设计和交通工程设施设计中应采取的措施。并为汽车主动悬架设计提供参考。