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。     

南沟水库大坝防渗漏洞和跌窝除险方案探析

在水利工程建设过程中,堤防渗透破坏险情主要有堤坝的漏洞、跌窝等状况.特别是堤身及其堤基的接触,其堤身、堤基的接触物质比较广泛,堤基的险情出现在大堤的基础层面,由此对坝身的危害较大,为防止类似情况的发生,须加强对大坝进行巡视、检查,对发现的情况进行回填等处理,以确保水库大坝安全度汛.本文对此加以介绍.     

堰塞坝漫顶破坏溃口深度变化数值模拟

漫顶破坏是堰塞坝的一种主要破坏形式,其本质是漫过坝顶的水流冲刷坝体,在坝体和坝顶形成溃口,随着坝体的冲蚀加剧溃口逐渐扩大,同时两侧土体发生间歇性失稳坍塌。建立在漫顶溃决的基础上,以土力学边坡稳定的理论为基本理论,模拟计算堰塞体溃口深度的数学模型。该模型应用于唐家山堰塞湖的实例分析,模拟结果与实测资料基本一致,进而验证了上述模型的可靠性。     

大流量砂石过滤站性能介绍

砂石过滤器 ,由于其独特的过滤机理 ,特别适用于清除水库、沟渠、河湖等开敞水面的悬浮物和杂质颗粒。因此在微灌领域地表水的处理中 ,被广泛应用。正确地选用和配置砂石过滤器 ,与其他过滤器组合使用 ,对整个微灌系统正常运行是致关重要的。1　砂石过滤器的基本原理砂石过滤器是通过分级或均质的颗粒层来进行水过滤的。过滤精度取决于颗粒的有效尺寸、过滤率速和砂层厚度 ,根据微灌工程的用水量及过滤要求 ,应选用不同型号的砂石过滤器。砂石过滤器可单独使用 ,也可以多个组合成过滤站使用。我国目前生产的砂石过滤器 ,多采用质地坚硬、耐…     

黄土高原坡地土壤与旋耕部件互作离散元仿真参数标定

针对黄土高原坡地土壤-旋耕部件互作机理研究以及坡地专用旋耕机具设计缺乏准确可靠离散元仿真参数的问题,以典型坡地粘壤土(含水率13.4％±1％)为研究对象,选取EDEM中Hertz-Mindlin with JKR Cohesion接触模型,对相关仿真参数进行标定.首先,对土壤颗粒间接触参数进行了标定,以土壤颗粒的仿真堆...     

含沙水流中空化促进磨损破坏机理

在对翼型试件进行空蚀、磨损及联合作用破坏研究的基础上,结合空化流场的测试及处理,研究含沙水流中水力机械过流表面空化行为促进磨损破坏的机理.对翼型表面不同位置空蚀、磨损及联合作用破坏微观形貌进行对比分析,得到了3种试验条件下微观形貌的破坏模式,确定了造成破坏模式的流场作用因素.对空化场图像进行了分析和处理,获得了翼型表面空化行为变化规律及特征.结合翼型表面破坏方式和空化场的分析,提出了在空化过程的空穴结构生长和空泡云溃灭两个阶段中,空化行为促进泥沙颗粒磨损破坏翼型试件的不同机理.在空穴结构生长阶段中,空穴结构推动颗粒加速;而在空泡云溃灭阶段,压力波或微射流则显著增大泥沙颗粒的运动速度.在两个阶段各自对颗粒速度的影响增大了联合作用的破坏能力.对翼型表面磨损及联合作用时破坏深度测量的试验结果验证了该观点.     

扬黄渠道冻胀破坏的原因及预防措施研究

为解决固海扬黄灌区深挖方高地下水位渠道基土的冻胀融沉,导致混凝土板隆起滑塌等破坏问题。从渠道混凝土衬砌板破坏的实际情况出发,分析渠道衬砌混凝土板破坏的主要原因是渠道基土含水量过大,造成混凝土板的冻胀破坏;降低和排除基土中的含水量是解决和预防渠道冻胀破坏的主要措施。采用毛细透排水带与排水管相结合方式排除基土中的地下水,降低渠堤土体中的含水量,解决渠道混凝土板冻胀破坏问题。结果表明：采用毛细透排水带与排水暗管相结合的排水措施与没有排水措施的渠道段落基土含水量的平均值相对比,含水量在冻结初期、冻结期和春季融化后最大值比较分别降低了21.4%、14.7%和27.9%;渠道阳坡、阴坡和渠底的最大法向冻胀量分别降低了74%、79%和50%。说明采用毛细透排水带和排水暗管相结合的排水方式能有效降低和防止渠道冻胀破坏的发生。     

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。     

汽车内燃机曲轴断裂探析

机械的结构强度的破坏,大约有80%以上是由于疲劳破坏造成的。曲轴是典型的疲劳破坏零件,本文从金属疲劳破坏机理及疲劳分析的理论,分析了汽车内燃机曲轴断裂的原因,并对曲轴的安全使用与维护提出了有实际意义的措施。     

转筒内D型二元颗粒物料滚落模式的径向分离

针对D型二元颗粒物料在转筒内的分离问题,以粘土颗粒和木制颗粒组成的物料为对象,采用离散单元法模拟了滚落运动模式下物料在转筒内的运动与分离过程。通过颗粒接触数定义物料混合指数,并结合Hong的渗流与凝聚竞争理论定量分析了物料的径向分离。结果表明:滚落运动模式下物料在转筒截面上分为平流层与活动层两部分,颗粒之间的分离运动发生在活动层;颗粒密度差异引起凝聚作用,使木制颗粒向转筒内壁分散而粘土颗粒向中心聚集,物料形成"月亮模式"分离形态;通过配置2种颗粒的半径可引入渗流机理,当渗流作用与凝聚作用相互平衡时,可避免物料发生径向分离;渗流机理的引入不受转筒尺寸的影响。     

灌区水工混凝土建筑物受硫酸盐侵蚀破坏机理研究

经过对甘肃景电工程和宁夏扶贫扬黄灌溉工程等大型提灌工程混凝土建筑物附近地下水的分析和研究,发现硫酸盐是此类混凝土建筑物侵蚀破坏的主要介质,地下水中的硫酸盐与混凝土内部的一些不稳定或亚稳定的物质发生反应,产生体积膨胀是导致混凝土结构破坏的主要原因.     

灌区水工混凝土建筑物受硫酸盐侵

经过对甘肃景电工程和宁夏扶贫扬黄灌溉工程等大型提灌工程混凝土建筑物附近地下水的分析和研究,发现硫酸盐是此类混凝土建筑物侵蚀破坏的主要介质,地下水中的硫酸盐与混凝土内部的一些不稳定或亚稳定的物质发生反应,产生体积膨胀是导致混凝土结构破坏的主要原因。     

基于格子Boltzmann方法的饱和土体细观渗流场

根据土体的孔隙率,采用随机配置的方法建立了二维土体孔隙结构.基于格子Boltzmann方法(LBE方法),通过设置入口、出口边界为非平衡态外推格式、左右边界及土颗粒边界为标准反弹格式的边界条件,建立了模拟饱和土体渗流的二维模型.编制了相应Matlab计算程序,模拟了在一定孔隙率的土体中,当恒定流速入渗时,土体渗流场的分布情况并探讨了渗流流速的变化规律.研究结果表明:在渗流过程中,土体流速的分布情况在整个渗流区域内较为均匀,且在孔隙连通性好、孔隙较大的区域流速较快.土体孔隙率越大,土体的渗流速度越大,且在渗流场内绝大部分孔隙格点的流速小于入口处的流速.当孔隙率恒定时,入口流速越大,渗流场内孔隙格点上流速分布的离散性越大.因此,LBE方法可以有效地模拟土体的渗流情况,为进一步研究土体渗流机理提供了一种新的研究手段.     

煤矿复垦排土场裂缝区土壤团聚体分布及稳定性

【目的】揭示排土场土壤团聚体分布特征。【方法】在北方草原区露天煤矿复垦排土场选取典型复垦样地,调查土体裂缝（GF）发育特征,采用干筛法和湿筛法测定土壤团聚体组成与分布特征,分析团聚体稳定性及其与土体裂缝的关系【。结果】各个土体裂缝>0.25 mm风干土团聚体量为23.02%～42.70%,水稳性团聚体量为16.9%～29.52%,表现为各裂缝之间无显著差异,GFⅠ、GFⅡ、GFⅢ裂缝0～60 cm土层>0.25 mm水稳性团聚体量依次为25.26%、26.57%、23.62%;3个裂缝土壤团聚体结构破坏率分别为20.77%～36.17%、20.52%～25.00%、26.58%～40.56%,GFⅢ裂缝显著大于GFⅠ裂缝和GFⅡ裂缝;0～10、10～20、20～30、30～40、40～50、50～60 cm土壤团聚体结构破坏率依次为28.81%、29.96%、26.19%、23.50%、24.91%、29.38%;GFⅠ、GFⅡ、GFⅢ裂缝土壤风干土团聚体分形维数为2.847～2.919,土壤水稳性团聚体分形维数为2.898～2.942,团聚体以小团聚体或细小颗粒为主;3个...     

北疆供水工程渠道的破坏类型及处理措施

渠道发生破坏后,不仅直接影响输水安全,引发水害事故,增加渠道运行成本,而且给工程管理带来很多困难与不便,使渠道的工程效益大大降低。因此研究渠道破坏问题有着很现实的意义。要有效解决这一问题,需从研究渠道破坏形成的发生机理,从而提出治理。介绍了北疆供水工程输水渠道在运行过程中发生的典型破坏类型及采取防治措施的成功经验,可对同类工程的建设和管理提供一定的参考。     

土石坝沥青混凝土心墙水力劈裂研究

针对土石坝沥青混凝土心墙的工作特点,采用室内试验以及数值模拟试验结合的手段对沥青混凝土水力劈裂的发生机理、产生原因进行了研究,结果表明,后期变形导致的孔隙率的增大使得沥青混凝土试样局部区域出现较大的渗透性,在颗粒骨架与水压力相互作用过程中此局部区域失效破坏,形成初始的水力劈裂裂缝。同时发现裂缝周边存在很大的水力梯度,这被众多学者认为是发生水力劈裂的必要条件。进而分析了冶勒沥青混凝土心墙坝初次蓄水的原位观测资料,资料表明沥青混凝土心墙与过渡料之间存在着较大的相对不均匀位移,这使得心墙局部区域竖直压力骤减甚至出现拉应力,它是诱导沥青混凝土发生水力劈裂的重要条件。     

乔木根系吸水对软土路基影响机理研究

乔木根系发育,根系吸水作用显著。根系吸水作用下,根系附近饱和软土产生排水固结作用,使邻近路基土体发生变形乃至开裂病害,乔木根系吸水对软土路基影响机理研究有待深入研究。以沈海高速2159+600～2160+200软土路基受乔木根系吸水影响产生路基变形为研究对象,采用现场实验、数值模拟等研究方法,深入研究乔木根系吸水对软土路基影响机理。现场实验表明,乔木根系吸水作用下,在根系分布范围内产生明显的负压区,在负压作用下,周围饱和软土排水固结,路基最大沉降达25mm,路基最大水平位移发生于淤泥层达8mm,路基产生明显开裂病害,乔木砍伐后路基变形明显减少。根据现场实验结果,提出根系周围土体概化力学模型,建立根系吸水区周围土体的固结控制方程,并给出初始条件和边界条件。进一步数值分析结果表明,受根系吸水影响,路基周围土体变形比较明显区域约为4r0,路基土体变形随时间增长趋于减小。     

曲轴热锻中表层局部微米级裂纹产生机理

基于实验与数值模拟,从坯料体内部自由缺陷在坯料变形过程中发生移动的角度来分析某曲轴连杆轴颈分模面内侧及过渡圆角处的微米级裂纹产生机理.提出将连续的坯料体分为表层优质层和中心次优质层的包覆结构假设,建立了相应的数值模型,通过Deform 3D模拟出曲轴成形过程中这两层金属的流动与分布状态,获得了内部自由缺陷在锻件中的堆积趋势及原工艺下的成形速度场对优质层和次优质层流动的影响规律.结果表明:连杆轴颈分模面附近及过渡圆角处有中心次优质层金属分布并裸露在锻件表面,是自由缺陷富集的危险区;终锻成形过程中连杆轴颈横截面上金属的单方向流动加大了自由缺陷在危险区的聚集趋势.实验证明,出现的微米级裂纹是由从里层转移到表层的、化合物成分为MnS和MoS的夹杂物在锻件表层沿变形方向延伸而形成的一种发状纹.     

土质防渗土石坝坝顶裂缝开裂机理与成因分析

通过总结分析前人研究成果,结合国内外3座已建土质心墙堆石坝的坝顶裂缝工程实例分析,对土石坝坝顶裂缝开裂机理及成因进行了初步探讨.由施工运行期坝顶变形发生发展规律和裂缝开裂机理可得:坝顶裂缝产生的根本原因是土体承受的应力应变超过其抗拉强度或抗剪强度后而发生的三种破坏,直接原因为坝顶不均匀沉降的不断发展;蓄水作用、湿化变形和流变变形是坝顶不均匀沉降的关键影响因素;土石坝坝顶变位是一个复杂的变化过程,蓄水速率和高水位对坝项变位表现得更加敏感.     

膨润土与黏性土复合改善砂土抗渗性研究

宁夏干旱少雨,水资源短缺,而透水性大的砂土又广泛分布,故改善砂土的抗渗性有着很重要的节水意义.单掺膨润土对砂土防渗性的改善是有限的,且当水力梯度较大时,有可能发生管涌、潜蚀等形式的渗透破坏[1].针对上述问题将膨润土与黏性土复合,以膨润土掺量、黏砂比、含水率为因素,设计正交试验方案试验研究了膨润土与黏土复合对砂土抗渗性的作用效应,揭示了作用机理,得出最优组合方案.试验表明:膨润土与黏性土复合能显著地降低砂土的渗透性,其效果明显优于膨润土单掺;各因素对砂土渗透性影响的主次顺序为膨润土掺量、含水率、黏砂比,最优组合方案为膨润土掺量6%,黏砂比30%,含水量6%;提出较优组合方案下,3 m左右水深时建议的防渗层厚度为250 mm.