基于随机有限元的堤防渗透失稳概率分析

基于随机有限元理论进行了堤防渗透失稳概率分析,探讨了渗透系数变异性、洪水位变化、堤防几何尺寸变化对渗透失稳概率的影响。结果表明,随着渗透变异系数的增加,渗透失稳概率基本呈线性增长,当变异系数增大到一定程度时渗透失稳概率保持不变,随后略有下降;随着汛期水位的升高,堤防渗透失稳的概率不断变大;渗透失稳概率随着堤防坡度变陡而不断地增加,尤其是在堤防坡比大于1：2.5时,其渗透失稳概率增加得非常快。     

堰塞坝体材料渗透特性及其稳定性研究

堰塞坝是由于崩塌、滑坡、泥石流等形成的天然坝体,不同于人工土石坝,堰塞坝坝体结构松散,颗粒级配不均匀,在较高水头作用下坝体可能发生渗透破坏而导致溃坝,严重威胁下游人民群众的生命及财产安全。由于堰塞坝存在较大粒径颗粒,常规的渗透试验装置难以满足要求,本文研制了直径为60cm的大直径渗透试验仪,进行了不同堰塞坝级配材料的渗透破坏试验,并探讨了堰塞坝体材料渗透特性的主要影响因素。研究发现:（1）堰塞坝材料的渗透破坏形式取决于材料级配,粗颗粒含量较多时为管涌破坏,细颗粒含量较多或粒径缺失时为流土破坏;（2）堰塞坝渗透系数随干密度的增大而减小,主要取决于细料填充粗料孔隙的程度,单独使用不均匀系数或曲率系数不适用于评价渗透系数的变化;（3）基于试验数据提出了用于堰塞坝渗流破坏形式的判别公式,并推导出堰塞坝管涌破坏的临界水力坡降计算公式。     

钢圆筒结构渗流分析方法研究

钢圆筒结构在国内外港口、跨海桥梁等工程中应用,但对钢圆筒结构渗流分析的方法依然不多.钢圆筒结构渗流分为缝隙渗流与接头渗漏,为解决钢圆筒结构缝隙渗流中局部流线弯曲引起的水头损失增加的计算,引入附加阻力概念,将增加的水头损失用弱透水层进行等效,即可在平面应变条件下进行计算;接头渗漏区域引入附加阻力概念进行等效计算,发现缝隙尺寸的大小对弱透水层渗透系数的影响不大,当缝隙尺寸增大400倍时,等效渗透系数仅增加1.6倍,渗流计算中可认为接头缝隙不透水.采用该等效方法利用水平面二维有限元程序对港珠澳大桥西人工岛钢圆筒结构进行渗流分析,通过与三维数值计算进行对比,计算结果相近.     

堤坝脉动注浆浆液扩散机制及应用研究

基于脉动注浆泵可输出低频周期性脉冲压力的特点,结合可控性黏土固化浆液,提出了一种可用于堤坝防渗加固的新方法。通过进行原型试验验证了该方法的可行性,考虑钻孔扰动和脉动低频重复压力对地层渗透特性的影响,推导了黏土固化浆液脉动扩散方程,运用多场耦合软件COMSOL探讨了脉动压力下黏土固化浆液扩散的机制,最后将研究成果成功应用于南水北调中线鹤壁段引水渠道边坡帷幕注浆工程。研究结果表明：黏土固化浆液脉动控制注浆技术可显著提高地层连续性和整体性,结石体28 d强度大于2 MPa,渗透系数可降至10?5 cm/s左右,浆液在注浆孔附近与土体胶结成块,邻近注浆孔浆脉交错搭接,整体表现为空间立体网状包裹结构的防渗墙体;对数值模拟和现场试验结果进行综合分析,堤坝脉动注浆时间应控制在1 800～2 400 s之间,合理的脉动注浆压力在0.2～2 MPa之间,脉动持续时间宜调至4～8 s,脉动间隔时间宜调至2～6 s,这样有利于保证堤坝脉动注浆工程达到最优的防渗加固效果;工程实践的渠道边坡连续性、整体性得到了改善,注浆止水加固效果显著,检查孔渗透系数降至10?5 cm/s,所取芯样完整,芯样最长可达40 cm。     

不透水地基上堤坝上游坡的附加渗径

根据努美罗夫的理论解,附加渗径 与上游水深H成正比,与单宽流量与渗透系数的比值q/k成反比。按该理论解的浸润线方程,应用数值积分法求出比例系数 和 ,并提出了有足够精度的拟合式。边坡有压流的附加渗径 仅与透水层厚度T成正比,而和H、q/k无关, 。根据计算结果, 。对于 反比于q/k,文中作了分析和解释。该计算方法还可推广应用于上游坡下有一定厚度覆盖层的附加渗径计算,并且对附加渗径的各计算式作了比较和分析,并以实例说明了如何应用附加渗径计算堤坝的渗流。     

基于蒙特卡罗随机有限元法的三维随机渗流场研究

通过建立改进Latin超立方抽样和对偶抽样相结合的复合抽样法,以提高Monte Carlo方法的计算效率,并将其引入Monte Carlo随机有限元（MSFEM）。基于三维有限元模型,采用MCSFEM对山坪土石坝进行随机渗流场分析,研究渗透系数和水头边界条件的随机特性对渗流场的干扰,进行变异系数和抽样次数的敏感性分析。最后,对渗流场的求解量进行概型分析。研究表明：总水头势、流速及渗透体积力的变异性随着渗透系数随机性的增强而变大;复合抽样法既能有效加快Monte Carlo的收敛速度,又能降低样本间的统计相关性,说明了该方法的实用性与有效性;当渗透系数服从正态分布时,渗流场中所取结点的水头和坡降也服从正态分布。     

河流冲刷对堤岸渗流和变形的影响研究

通过理论分析和有限元技术,建立了综合考虑河流冲刷力、渗透力、自重应力耦合力系下的堤岸（水上、水下）与河床的整体分析模型,直接分析河流冲刷作用对堤岸渗流和变形的影响,并结合强度折减有限元法分析河流冲刷对堤岸边坡整体稳定性的影响。结果表明,渗透流速的最大值出现在堤脚,冲刷作用使堤岸的渗透流速有所提高,并使堤岸坡脚沿外江方向的水平位移明显增加,愈靠近坡脚,外江方向水平位移增加的幅度愈大,在不同水位下堤脚都是最易受到渗流和冲刷影响的地方;河流冲刷进一步加大了堤岸和河床塑性区范围,堤岸的安全系数降低;河流冲刷对堤岸渗流和变形产生的影响随着河水位的上升而加剧,河水位越高,冲刷作用使堤岸稳定性降低的幅度越大。     

湿陷性黄土地基侧向防渗结构模型试验研究

水分对于湿陷性黄土地基具有重要影响。本文通过室内土工试验,得到兰州黄土和灰土的物理力学参数;并通过室内模型试验研究了不同侧向防渗结构对于路基的侧向防渗效果;同时对路基进行了沉降监测。试验结果表明:灰土的渗透系数远小于黄土的渗透系数;经过灰土挤密桩和灰土防渗墙处理的工况,其土中含水量远小于不作侧向防渗处理的情况,且路基的湿陷变形情况明显改善。其中灰土防渗墙的防渗效果比灰土挤密桩的更好。试验结果可有效地指导湿陷性黄土路基的防渗处理,为湿陷性黄土地基处理提供新的思路。     

岩石渗流-流变耦合的试验研究

通过对试验设备与工艺的改进,发展出一套比较有效的渗流-流变耦合试验方法。以多孔隙石灰岩为对象,研究了不同应力及水压作用下岩石试件的流变力学特性。试验结果显示,试件的应变总体上随偏应力及水压的提高而加大。在低应力作用下,垂向应变的变化量最大。提高应力后,渗流方向应变的增加趋势显著超过垂向。试件的渗透系数与体积变化具有相似规律,在低应力作用下,试件体积不断缩小,渗透系数也随之减小,此时增大水压会使试件进一步压缩。应力增大到某值后,体积逐步扩大而出现扩容,渗透系数也随之增大,此时增大水压会使扩容进一步增大。在各级应力作用下,试件的流变速率均有减速及稳定阶段。当应力较大时,会出现加速流变阶段导致破坏。     

心墙堆石坝应力状态对渗流场影响的有限元分析

一般对土石坝进行渗流分析时都未考虑坝体的应力场对渗流场的影响。然而,在土石坝的蓄水过程中,坝体内的应力状态复杂且变化大,对渗流场的影响也较大。因此,忽略应力场对渗流场的影响必然造成一定的误差。用有限元方法对心墙堆石坝体蓄水过程中考虑和不考虑应力场影响的渗流场进行对比分析,计算结果表明,渗流-应力耦合作用下坝体局部压密变形,渗透流速减小,心墙下游出逸区域的水力坡降峰值明显高于非耦合值。因此,渗流分析时有必要考虑应力场的影响,否则会得出偏于危险且对工程不利的结果     

基于渗流和管流耦合的管涌数值模拟

堤坝地基的渗透变形过程实际上是“土中水”转变为“水中土”的过程。在渗透变形发生的集中管涌通道区域,采用常规渗流分析理论,单纯增大管涌通道渗透系数的方法是不太合适的。在未发生渗透变形的区域,用常规渗流理论计算;在管涌通道区域,用管流理论,公共边界上两者之间水头相等、流量大小相等且方向相反,能够较好符合渗透变形的发展规律。为了适应计算过程中内部边界条件不断变化的特点,采用无网格法伽辽金法（element free Galerkin method,EFG）对渗流场进行计算。算例计算表明,这种渗流-管流耦合的方法能够模拟管涌通道绕过防渗墙等复杂的发展过程。     

水位下降条件下黏性土边坡稳定性的图表法

库（河）岸边坡由于坡体迎水面水位下降经常造成坡体稳定性降低,建立快速评估水位变化条件下的边坡稳定性分析方法具有重要的工程实用价值。基于库（河）水位下降过程及坡体内非稳定渗流条件,通过对ABAQUS程序进行二次开发,发展了考虑地表水-地下水联动作用下的黏性土边坡强度折减有限元分析方法;在分析边坡土性参数、相对渗透比值、边界条件对边坡稳定性影响的基础上,建立了考虑土性参数、相对渗透比值、库水位下降比、坡角等一体化的相对稳定安全系数综合图表表示方法。该方法能够简便、快捷地查出实际涉水边坡在不同工况下的稳定安全系数及设计边坡坡比,可作为现有图表法的有益补充。     

Geologic problems related to dam sites in Jordan and their solutions

The geologic structures associated with several selected dam sites in Jordan and the tectonic effects on dam foundations and reservoir margins are reviewed. Rock defects, especially discontinuities represented by faults and closely spaced, open joints are investigated. Related problems, such as loss of water from the reservoir by seepage and leakage within the dam foundation are evaluated. The regional seismicity is analyzed and a design earthquake is established for each dam site.

Two major embankment dams are investigated, together with two large proposed dams and several small dams.

This paper discusses in some detail the regional setting and site-specific geology, and the occurrence, size and inclination of faults and joints at each dam site. Moreover, the effects of the faults on the operational performance of each dam are described and specific techniques are used or proposed for remediation are outlined.

The study shows that the combination of faults and joint features cause leakage problems at the operational dams in Jordan. Although, preventive measures such as grouting have been implemented, further leakage and/or seepage problems are anticipated and a monitoring system is needed to control and foresee such problems.

Jordan is an earthquake-prone region. Consequently, it is recommended that the design of embankment dams in the vicinity of the Dead Sea-Jordan Valley Rift should include such considerations as dynamic loading and associated hazards, including embankment acceleration zoning, foundation liquefaction risk and rockhead rupture. The magnitude of the design earthquake at each dam site can be estimated following the guidelines of ICOLD (1989), which are based on probabilistic seismic hazard analysis.     

龙井水库大坝的渗流和稳定分析

本文以龙井水库大坝为例,运用有限单元法对粘土心墙坝的渗流进行分析计算,同时运用瑞典圆弧滑动法和简化Bishop法对粘土心墙坝的坝体稳定进行分析计算,在此基础上对水库大坝进行了渗流安全评价和稳定性安全评价。     

基坑降水对声纳渗流检测精度的影响分析

随着声纳渗流检测技术在水文地质勘探中的应用,其测量结果精度的高低对获取的水文地质参数的准确性起着至关重要的作用。文章依托南宁某基坑工程,采用现场试验方法,同时考虑天然流场和人工流场,分三个阶段对基坑止水帷幕进行声纳渗流检测,对比不同阶段渗漏缺陷暴露的情况,同时根据渗透流速量级变化判断其检测结果精度的高低,并在实际工程中验证其准确性。研究结果表明:不同降水阶段的渗透流速大小变化显著,基坑地下水位降深每增加10 m,声纳检测到的渗透流速平均提高1~2个量级。其原因为降水导致基坑内外水头差增大,水力坡度的增加使渗漏缺陷附近的渗流场发生变化,高水头作用下渗透流速变化明显,渗漏缺陷定位更加精准,声纳检测精度也越高。可见,抬高基坑内外水头差对墙体渗漏缺陷的精准定位十分必要。因此,在对基坑止水帷幕采取声纳渗流检测时,建议将地下水位降至基坑底板以下,以提高检测结果的精度,有效探测止水帷幕渗漏风险。     

应用高密度电阻率法实现坝体渗漏快速探测

坝体渗漏探测是水利工程除险加固工作的重要环节,事关大坝安全运行,具有重要工程意义。文中以某坝体渗漏处理的问题为例,为解决传统探测手段的不足,开展了高密度电阻率法探测试验,结合工区地质和岩体地球物理特征分析,快速定位坝体渗漏区域。工程处理结果表明,高密度电阻率法可有效地解决小范围和小渗流量的渗漏部位探测问题,定位快速准确,可为查找坝体渗漏的原因以及工程治理措施提供依据。     

无纺土工织物过滤黏土的反滤特性试验研究

在土工织物反滤排水工程中,织物滤层在应力、渗流实际工况下的反滤特性是保证工程安全的关键问题。为揭示无纺土工织物过滤黏土的反滤机制,采用自主研制的可施加法向压应力的梯度比渗透仪试验装置测定黏土−无纺土工织物滤层体系的渗透系数kT、各分层土的渗透系数kj、梯度比RG和试验前后土工织物试样的质量变化情况,研究在不同水力梯度、应力水平下无纺土工织物过滤黏土的反滤特性。结果表明：黏土−无纺土工织物滤层体系的渗透系数kT和梯度比RG随着时间的增加而减小,并最终趋于一个稳定值;增大水力梯度可以改善黏土−无纺土工织物滤层的透水性,增加应力水平会降低土工织物滤层的透水性且提高其保土性;渗流作用下,被保护土层表现为靠近无纺土工织物的底层土渗透系数最小,远离无纺土工织物的最上层土的渗透系数最大;堵塞系数与黏土−无纺土工织物滤层体系的渗透系数kT、梯度比RG存在内在的关系,在特定的应力−渗流作用下可能存在一个临界堵塞系数,大于该值时将造成无纺土工织物滤层的反滤失效。     

基于拼缝有效开度的盾构隧道渗流量及衬砌等效渗透系数计算

拼缝渗漏水是盾构隧道最常见的病害表现形式,对衬砌的服役性能有重要影响.在前人研究成果的基础上,提出基于防水密封垫失效的拼缝有效开度假定,进而推导出基于拼缝有效开度的盾构隧道渗流量及衬砌等效渗透系数的实用计算公式.以国内较为通用的常规断面盾构隧道为例,利用上述实用公式估算其渗流量,并与基于块体离散元的数值模拟结果相互验证...     

填筑和开挖边坡的稳定性分析

在有限元应力应变分析的基础上,采用以剪应力定义的安全系数和模式搜索的方法确定边坡的安全系数及最危险滑动面。在平面应变条件下,对土层均质的填筑和开挖边坡的稳定性进行了较为全面的研究,并同天然边坡的安全系数和破坏面进行比较,计算结果表明,这3类边坡滑动面的形状基本一致,天然边坡安全系数要高于填筑和开挖边坡;同时比较了采用有限元稳定评价方法和采用极限平衡方法计算结果的差别;最后分析研究了计算参数变化对填筑和开挖边坡稳定性的影响。     

仙岭水库土坝渗流稳定分析及除险加固措施

根据湖南省仙岭水库的地质勘探资料,利用有限元进行计算分析,弄清了大坝的渗流情况,分析了大坝存在的渗漏和渗透变形问题,并提出了除险加固的措施,经过计算分析说明：所提出的措施是合理可靠的,所得出的结论可为同类土坝的安全鉴定、加固以及今后土坝设计、施工和管理提供借鉴。