黄河大堤非饱和土边坡渗透分析

利用改进的非饱和土三轴仪,对取自黄河大堤开封段的土样进行了土水特性和渗透性试验,根据试验结果对非饱和土的渗透性进行分析,推导出了适合黄河大堤的渗透函数方程,并应用二维饱和-非饱和有限元渗流分析程序得出洪水时期黄河大堤中的含水量、浸润线的变化、水头分布,为拟定必要的渗流控制和堤坝的补强、加固措施提供理论依据。     

强降雨条件下坝肩边坡抗滑稳定性分析

基于饱和-非饱和渗流理论和非饱和土强度理论,建立降雨条件下边坡稳定性分析有限元数值模拟模型,研究考虑强降雨条件下渗流场变化导致饱和区渗透力变化而影响边坡稳定性的强度折减分析法。将此方法应用于广东省乐昌峡左岸坝肩边坡,进行降雨过程边坡渗流变化情况及稳定性变化分析。分析结果表明：在强降雨条件下,地表水入渗将直接导致非饱和区范围缩小、压力水头升高及局部暂态饱和区出现;考虑饱和区渗透力变化的影响,降雨入渗时边坡稳定性将会下降,但由于边坡开挖使得坡角较为平坦,而且上层强风化层的渗透系数较低,故此时边坡仍然处于稳定状态。     

容重对黏壤土土壤水分特征曲线的影响

土壤的容重影响土壤孔隙比,从而影响土壤的渗透特性,为研究容重对黏壤土土壤水分特征曲线的影响,选用淮河王家坝附近4个不同容重的黏壤土,采用压力膜法测定其土壤水分特征曲线,用变水头法测定饱和导水率,应用RETC软件中的van Genuchten模型进行拟合。结果表明:在相同的吸力时,黏壤土含水率随容重增加而增加;饱和导水率与容重呈负线性相关(R2=0.963 5),黏壤土饱和含水率θs、残余含水率θr和参数a值与容重呈显著负相关;田间持水率和有效含水率也随容重增加而增加;不同容重的黏壤土非饱和导水率随含水率而增加,在含水率小于0.4 cm~3/cm~3以内,非饱和导水率曲线呈平直状,说明非饱和导水率变化不大,此时的非饱和导水率非常小。当含水率大于0.4 cm~3/cm~3时,非饱和导水率曲线呈陡直状,非饱和导水率变化很大,非饱和导水率相同时,含水率随容重的增加而减小。研究成果可为黏壤土入渗及蒸发数值计算提供支持。     

不同入渗水头和容重作用下饱和导水率变化特征研究

蓄水坑灌法是一种适用于我国北方干旱地区果林灌溉的新型灌水方法。蓄水坑灌条件下的土壤水分入渗是在变水头条件下进行,而变水头条件下的饱和导水率研究又是变水头、复杂边界条件下的蓄水坑入渗研究的基础。以入渗水头为试验控制因子,分别进行了三种土壤在不同入渗水头作用下的饱和导水率和三种土壤分别在不同的土壤容重条件下不同入渗水头的土壤饱和导水率试验。试验结果表明：入渗水头对土壤饱和导水率有显著的影响,随入渗水头的增大,土壤饱和导水率呈逐渐减小的趋势;对同一种土壤,随着容重的逐渐增加,入渗水头对其影响的显著性逐渐降低。     

密集排水孔幕饱和-非饱和全精细

对于有密集排水孔幕的工程渗流问题，只进行稳定饱和渗流分析往往是不够的，饱和-非饱和排水子结构分析方法正是解决了这一问题，同时为了全面精细地模拟排水子结构的实际渗流状态，首次提出了全精细数值模拟的理论和方法。在针对2类不同排水孔提出不同的完整水力学模型的基础上，详细讨论了不透水边界、已知结点水头边界、饱和逸出面边界、降雨入渗边界、非饱和蒸发入渗边界等有关子结构排水孔及其它表面可能存在的边界条件的分类处理方法，特别针对顶排型排水子结构排水孔内部水位提出了严密的数学处理方法。工程算例表明，本文提出的针对密集排水孔幕的全精细数值模拟方法是正确的，可以解决相关的工程渗流问题。     

长江干堤双透水堤基渗流稳定有限

利用饱和稳定渗流理论，对长江干堤典型的双透水堤基天然状态、采取水平防渗措施、采取垂直防渗措施的渗流场进行了有限元数值模拟，根据各计算工况下的总压力水头、渗透流速和水力梯度等值线图的对比分析，研究了这种工程地质条件下的堤坝渗流稳定性，研究发现单一渗流控制措施很难彻底解决所有渗流稳定问题，并最终确定垂直防渗措施为单一防渗措施条件下控制效果最好的方法。在此基础上，设计了综合防渗措施，并用数值方法检验了其合理性，经分析其渗流场，发现采取垂直措施、堤后戗台和沙壤土堤后盖重等措施所有渗流不稳定的因素都得到了有效控制。     

非饱和土壤有压和无压入渗稳定入渗率间的关系研究

基于非饱和土壤有压和无压入渗试验,分析了土壤有压积水入渗与无压入渗相对稳定入渗率之间的数量关系。结果表明,同一土壤质地条件下,非饱和土壤有压积水入渗的相对稳定入渗率随入渗水头的增加而增大,它们之间呈线性关系;土壤水动力学理论和试验数据都证明了土壤有压和无压入渗相对稳定入渗率间存在确定的数量关系。研究结果可为非饱和土渠床渗漏损失水量的数值模型计算提供依据。     

多孔介质水分运动的随机数值分析

采用van Genuchten-Mualem模型描述非饱和水力传导度和水分特征曲线,将模型中的3个参数作为随机场处理,联合运用Karhunen-Loeve展开和摄动方法,得到饱和非饱和水流的一个随机数值模型。应用该模型分析了介质随机参数的空间变异性对水头分布的影响,结果表明,水头标准差对介质参数的敏感程度由大到小依次为非饱和参数n、β、饱和水力传导度Ks,饱和带水头分布的变异性较非饱和带小。     

等壳水电站碾压混凝土重力坝非溢流坝段稳定渗流场有限元分析研究

通过建立等壳水电站的非溢流坝段的准三维有限元模型,模拟了坝体排水管和排水廊道、上下游防渗层、坝基灌浆帷幕、坝基排水管和排水廊道等,对正常蓄水位工况下坝体、坝基的渗流总水头、压力水头、渗透比降、坝基扬压力分布及渗流量进行了计算分析,验证了坝体和坝基的防渗排水措施的合理性。     

金沙江白鹤滩水电站左岸雾化区边坡稳定性分析

为研究泄洪雾化雨对白鹤滩水电站左岸边坡稳定性的影响,通过分析坝址区工程地质条件,确定了左岸雾化区边坡稳定性的计算条件,基于一次典型泄洪雾化降雨过程的三维饱和非饱和渗流有限元计算成果,考虑暂态饱和区的渗透荷载、非饱和区的负孔隙水压力及结构面遇水软化降低其抗剪强度等,采用FLAC3D软件对左岸边坡在不同时刻的横河向位移、应力、剪切应变率及塑性区进行计算.通过与天然状态比较分析可知,降雨入渗将显著抬高坡面浅部的压力水头,在坡脚处会出现大范围的暂态饱和区,坡体变形、应力、剪切应变率的量值均有显著提高,降雨入渗还可能诱发坡体深层滑动破坏,致使坡体局部稳定性恶化.     

降雨条件下岩体边坡稳定性数值模拟与分析

根据某高速公路岩体边坡的实际情况和基本资料,选定典型边坡,建立降雨入渗条件下该边坡非稳定饱和一非饱和渗流分析的有限元模型,分析在汛期暴雨和平均降雨两种工况下边坡内的地下水渗流场及其变化规律,确定地下水荷载。进一步模拟边坡分级开挖、支护过程,计算分析各阶段边坡应力变形规律和位移变化,以及在2种工况下的边坡稳定性。结果表明,降雨后的最小安全系数比降雨前有所减小,局部安全系数小于1．0,有滑坡危险;锚索支护后降雨的最小安全系数比支护前要大,较小安全系数的分布范围有一定的减小,安全系数提高幅度较大,能满足稳定性要求。该结果不仅可以为工程施工提供科学的理论依据,而且对边坡加固措施以及滑坡的预测预报也具有重要的指导作用。     

防洪堤防洪综合风险研究

根据一次二阶矩方法，推导了不透水堤基均质土堤、透水堤基均质土堤和双层地基均质土堤渗透破坏风险率的计算公式，建立了边坡失稳破坏风险率的计算模型，同时还将防洪堤的漫顶破坏风险、渗透破坏风险和滑动失稳破坏风险综合起来，研究了防洪堤的防洪综合风险率。     

基于四参数随机生长法重构土体的渗流细观数值模拟

基于四参数随机生长法(QSGS),根据土体孔隙率,重构土体微观结构.通过格子Boltzmann方法,左右采用不透水边界,上下边界采用非平衡外推格式,颗粒之间的碰撞采用标准反弹格式,建立饱和土体渗流模型,并让恒定流速的水渗入模型.结合算例,推导了宏观物理单位与格子单位之间的转换关系,编制相关Matlab程序,并且进行运算分析,探讨在计算机模拟情况下的微观土体结构中水的渗流变化规律.结果表明:根据QSGS方法所重构的土体生成过程与自然环境下多孔介质的生成过程类似,重构土体性状各异,连通性和结构与实际土体类似;在连通性良好的前提下,土体中水的渗流速度与孔隙率大小有关;同一土体中渗流通道越小的位置水的渗流速度越小,渗流通道越大的位置渗流速度越大;在相同孔隙率条件下,大颗粒土的平均渗流速度比小颗粒土的平均渗流速度大,而小颗粒土的渗流更为稳定.     

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.     

水库由无砂混凝土管渗流取水能力与效率试验研究

根据渗流理论,结合工程实际,以不同配比的无砂混凝土管为研究对象,探讨无砂混凝土管在不同粒径滤料的颗粒级配和多种防冲层材料条件下对渗流取水效能所产生的影响和变化规律。根据试验结果可以得出：水库采用无砂混凝土管取水的能力是可观有效的,滤料颗粒继配良好,防冲层为无砂混凝土板时无砂混凝土管的渗流能力和取水效率较为理想。     

A simple numerical analyses software for predicting water table height in subsurface drainage

A two dimensional saturated-unsaturated Galerkin finite element numerical model was used to predict water table height between parallel drains. A user-friendly software (DRENAFEM) was developed to allow for the calculation of the distance between drains and the water table height at middle space between drains. It also allows for determination of variations of the total head throughout the entire geometric space considered in the model. Such facts lead to the design of flow nets with streams lines and equipotentials. The numerical drain outflow is also obtained by using the radial flow equation, conservation of mass and finite element analysis. The results obtained with the model agree well with Khirkam’s and Hooghoudt analytical solution for the distribution of total head in ideal drains and for the total head calculations midway between drains.     

应用复合土工膜处理合水水库坝基岩溶渗漏

合水水库由于坝基石灰岩溶渗漏,致使水库自1960年建成运行以来,先后多次发生坝后涌流浑水和跌窝,威胁水库工程安全。其间虽曾采用灌浆、观前抛上和坝后压渗等工程处理措施,但效果欠佳。经多方案比较后,于1994年冬采用库内铺设复合土工膜防渗处理。据第一期工程竣工后蓄水监测,当库水位低于第一期铺膜顶部高程时,防渗效果达86．96％;但当库水位超过铺膜顶部高程时,渗流量将随库水位升高而逐渐增大泅此有待续建第二期铺膜工程。