土工膜-防渗墙-弱透水层联合防渗的有效性分析

深厚覆盖层坝基往往都是强弱互层结构,坝基中存在弱透水层。弱透水层既是隔水层又是软弱夹层,是否利用其作为控渗依托层关系到工程难度、进度及成本。绝大多数工程都将全封闭式防渗体作为控渗首选方案,保守的设计理念导致采用半封闭式防渗体控渗的工程少之又少。西藏多布水电站采用土工膜-防渗墙-弱透水层三位一体半封闭式联合防渗体,在国内外少见,具有一定代表性,其防渗效果具有重要的参考价值和借鉴意义。本文基于详细的地质构造资料,以非饱和土体渗流、比奥固结理论和土体的非线性流变理论为基础,考虑土体水力学及土力学参数随双场耦合的动态变化关系,借助ADINA建立流固耦合模型,全方位分析多布水电站的渗流场、应力场,以及弱透水层的承载力和液化性。研究表明:土工膜-防渗墙-弱透水层三位一体半封闭式防渗体能有效降低渗透速度、渗流量和抑制渗透坡降,各渗流参量满足控渗要求;大坝及防渗墙的水平位移、沉降和应力相对悬挂式防渗体有一定增大,需提高防渗墙的强度。弱透水层是防渗体系中最重要的部分,经分析弱透水层承载力满足要求,且不会发生液化。对比分析三种防渗体系,多布水电站现采取的土工膜-防渗墙-弱透水层三位一体半封闭式联合防渗体是最佳方案,可减小防渗墙深度近193m。该研究成果对类似工程具有重要的参考价值和借鉴意义。     

pH 值对有机磷在弱透水层中迁移转化的试验模拟

为研究渗透水pH 值对有机磷通过弱透水黏土层迁移转化的影响规律,采用黏性土层充压渗透装置模拟污染潜水中有机磷渗透通过弱透水层的迁移转化过程。研究发现,有机磷组分通过弱透水层的迁移能力总体较弱,不同pH 值条件下有机磷的矿化率为93. 5% ～ 99. 95%; 在进水pH 值为5. 5 ～ 8. 5 时,进水pH 值越高,土层中磷酸酶的活性也越高,降解转化有机磷的能力也越强; 黏土对有机磷的阻滞能力也增强。进水pH 值为5. 5 时,迁移率为6. 5%; 当pH 达到8. 5 时,矿化率明显增加,迁移率＜ 0. 05%,使其不易渗入深层地下水引起污染。     

氨氮在弱透水层中的渗透迁移规律研究

通过渗透试验、吸附试验和高压动态土柱试验对氨氮在弱透水层中的渗透、迁移转化规律进行研究。试验结果表明,弱透水层对氨氮具有很强的吸附能力;弱透水层中生物作用微弱,弱透水层对氨氮的去除主要是非生物作用的结果;硬度或其他交换性离子的作用会影响氨氮在弱透水层的穿透时间和吸附稳定性。此研究对揭示深层地下水的氮污染规律及探索地下水污染修复提供理论支持。     

弱透水层中有机污染物(菲)的衰减研究

本文以高渗透压渗流试验装置模拟已被污染的浅层地下水越流通过弱透水层污染深层地下水的过程,研究了有机污染物(菲)通过饱和粘性土弱透水层时的自然衰减特征,以及非生物因子-配位体对于弱透水层中菲迁移转化的影响作用。研究表明,菲的衰减曲线明显分为三阶段:初期吸附截留显著期,中期微生物降解旺盛期,后期微生物降解稳定期;溶液中共存离子HCO 3-、Ca2+与菲形成络合物,SO42-参与菲的生物降解;溶液中主要配位体不同时,菲与阴、阳离子之间相互作用的方式也不同,以络合作用为主。渗透水中菲含量有99%以上被衰减,仅有极少量菲穿透弱透水层。     

不同Eh条件下弱透水层中硝酸盐截留能力

为了研究硝酸盐在不同Eh条件下通过弱透水层的迁移机理及转化形式,用天然黏土作为渗透介质弱透水层,在高渗透压条件下进行室内实验,模拟地下水中硝酸盐通过弱透水层的迁移转化过程。结果表明：单位质量黏土截污容量为1.45 mg/g,阻截率R=92%,不同Eh条件下（Eh分别为0、-100、-200 mV）弱透水层对硝酸盐的阻截能力都很强;低氧化还原电位有利于弱透水层吸附硝酸盐。弱透水层中硝酸盐的转化途径表明,弱透水层对硝酸盐的阻截能力很强,是微孔隙截留作用、机械过滤、离子吸附、协同吸附以及较弱的微生物共同作用的结果。     

九甸峡坝址区河床深厚覆盖层的试验研究

通过大量的试验,如颗粒分析、渗透系数、干密度、相对密度、载荷、变形、旁压等,研究河床深厚覆盖层的物理力学性质、水文地质特性,提出其物理力学参数,为设计进行坝型确定和设计方案的选择提供可靠的依据     

应力历史对弱透水层参数影响试验研究

弱透水层储存的地下水是地下水资源的重要组成部分,弱透水层水文地质参数对地下水资源管理与评价以及地面沉降等具有重要意义。通过室内试验对定降深条件下弱透水层水流运移规律进行了研究,并探讨了弱透水层释水过程中的变形规律和释水规律。试验结果表明,在相邻含水层定降深条件下,弱透水层固结变形滞后于相邻含水层的降深变化,且变形速度逐渐变小并趋于零。基于室内试验,利用配线法求得弱透水层不同应力状态下的水文地质参数,对比分析,大变形和小变形试验中土层的渗透系数变化不大,但贮水率明显变小,土层的固结系数变大。因此,土层的应力历史对土层的渗透系数影响不大,而对贮水率有较大的影响。     

河谷地形对深覆盖层中防渗墙应力变形影响分析

为研究河谷地形对深厚覆盖层中防渗墙应力、变形的影响,以某沥青混凝土心墙堆石坝为工程背景,模拟了狭窄河谷和宽深河谷并分别建立有限元模型,坝体材料及覆盖层采用邓肯-张E-B模型,防渗墙与覆盖层、基岩之间的接触关系采用无厚度接触面模拟,进行三维非线性有限元计算,对比分析两种河谷情况下防渗墙的应力、变形情况。计算结果表明：狭窄河谷中,防渗墙沉降和水平向位移及防渗墙与覆盖层的不均匀变形均比宽深河谷小,其中不均匀变形最大减小了24.8%;宽深河谷中,防渗墙受河谷地形约束作用较弱,竖直向压应力较狭窄河谷更大,最大增加了40.3%;防渗墙的竖直向压应力最大值位置受中性点位置和河谷地形的共同影响,其中竖直向压应力最大值约30%来自墙顶坝体土压力,70%来自与覆盖层之间的负摩擦力。其研究结果可为不同地形条件下坝基防渗墙的设计提供参考。     

具有弱透水层的多层介质含水系统中污染质运移数值模拟研究——以大庆市纳污湖泡区为例

选取大庆市贴不贴泡区具有普遍意义的饱和-非饱和多层介质含水系统中石油类污染为研究对象.在分析水文地质条件的基础上, 利用实验研究获得含水系统中连接上下含水层的弱透水层的渗透规律, 然后运用数值模拟技术建立起此类含水系统中石油类污染质运移数值模拟模型.应用所建模型对污染质的污染趋势进行了预测, 并提出污染控制措施.      

降雨形式对毛细阻滞覆盖层防渗性能的影响研究

毛细阻滞覆盖层的防渗性能对于控制渗滤液和减轻垃圾填埋场周边环境的污染具有重要意义,因此得到广泛研究。前人在研究中多采用恒定降雨强度来模拟降雨气象条件,而对降雨形式对毛细阻滞覆盖层防渗性能的影响关注较少。因此,采用自主研发的土柱降雨入渗试验系统,分别对短时强降雨和长时弱降雨两种降雨情况下,降雨形式对毛细阻滞覆盖层防渗性能的影响开展了研究,并揭示了最不利降雨形式。同时,采用SEEP/W软件对各试验工况进行数值模拟,以使模拟结果与试验结果能够相互印证。研究结果表明：试验结果与模拟结果基本一致,最大误差不大于3%;在短时强降雨情况下,降雨形式仅对覆盖层上部的体积含水率和孔隙水压力有较大影响;而在长时弱降雨条件下,降雨形式对整个覆盖层的体积含水率和孔隙水压力均有显著影响;降雨形式对覆盖层突破时间及渗漏量均有影响,前锋型降雨的突破时间最短,产生的渗漏量最大,后锋型降雨的突破时间最长,产生的渗漏量最小;前锋型降雨更易造成覆盖层突破失效而产生较大的渗漏量,为最不利降雨形式。该研究结果可为毛细阻滞覆盖层设计提供参考依据。     

弱透水层中地下水化学渗透效应的研究现状与展望

弱透水层对地下水的运移过程具有不同于一般含水层的水力影响,开展弱透水层中的渗透试验是模拟该影响的直接手段。本文跟踪了国内外化学渗透的研究进展,当前室内模拟试验仍然是该领域的主要研究方法,对不同溶液的渗透试验发现弱透水层有半透膜的作用,可以过滤部分盐分。已经开展的原位试验主要针对泥岩、页岩的渗透特性,对黏性土的原位渗透研究较少。国外已经开展了化学渗透的数值模拟工作,建立了联合水力驱动和化学驱动的模型,进行了部分参数的模拟分析。未来,高精度原位化学渗透和反渗透试验研究将成为该领域的一个主要研究方向。     

深厚淤泥质土中基坑开挖对基桩影响的离心模型试验研究

为研究深厚淤泥质软土地基中开挖基坑时桩土间的作用机制,以江苏省长江沿岸某电厂锅炉房基坑开挖为背景,按1:50的相似比设计了室内离心模型试验,从桩身应变、桩身位移、桩顶位移、地表沉降、土体变形影响范围、桩身弯矩和孔隙水压力等方面,分析了基坑开挖对坑内已有基桩和周围土体的影响,并与现场基坑开挖出现的问题进行了对比分析。结果表明:对上部为淤泥质土,下伏较好土层的地基,当淤泥质土的抗剪强度相对较高时,开挖时基桩受力较大,容易出现断桩事故;开挖过程中基桩应变出现两处极值,深度分别在开挖深度附近和淤泥质土与下伏土层交界面附近;由于基桩的存在,靠近开挖面一侧的土体孔隙水压力变化平稳,而桩后土体孔隙水压力随着开挖的进行变化剧烈;基坑开挖后桩土之间的相互作用主要发生在开挖后48h内,之后趋于稳定。试验结果与现场实测数据基本吻合,为深厚软土内基坑设计和施工过程提供了可借鉴的依据。     

渗流作用对砂砾石层灌浆的影响试验研究

通过在试验砂槽中进行灌浆试验,研究了渗流作用对砂砾石层灌浆的影响。首先,在选定水泥浆作为灌浆材料的前提下,验证了砂砾石材料的可灌性,确定了灌浆的有关参数,包括浆液水灰比、灌浆时间、灌浆压力、灌浆深度等;其次,在无渗流作用下,研究了灌浆压力、浆液水灰比与浆液扩散范围之间的关系;最后,在有渗流作用下,通过调整上下游水位差,研究了灌浆压力、渗流强度与浆液扩散范围之间的关系。研究结果表明,渗流作用对灌浆压力与浆液扩散范围所呈的线性关系无明显影响,不同灌浆压力条件下,渗流强度与浆液扩散范围之间呈明显的非线性关系     

采动诱导应力集中对顺层钻孔瓦斯抽采影响的试验研究

利用自主研发的多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统,开展受采动影响导致工作面前方不同应力分布条件下的顺层钻孔瓦斯抽采物理模拟试验,对抽采过程中卸压区、应力集中区和原始应力区的煤层瓦斯压力、钻孔抽采流量、应力敏感系数和无因次渗透率等参数演化规律进行分析。试验结果表明,(1)在瓦斯抽采过程中钻孔周围瓦斯压力下降速率先快后慢,越靠近钻孔的瓦斯压力等压线越为密集,瓦斯流速越大,钻孔周围瓦斯压力梯度先增大后减小;(2)随着采动应力集中系数增大,煤层渗透率降低,瓦斯抽采流量减小,其中采动应力水平最大的应力集中1区瓦斯抽采流量最小,而应力水平最小的卸压区抽采流量最大;(3)应力集中区的应力敏感系数高于卸压区和原始应力区,而该区域无因次渗透率下降速率最慢。     

三层堤基中细砂层厚度对管涌影响的试验研究

对由弱透水黏土层、细砂层和强透水砂砾层组成的三层堤基进行了管涌发展的砂槽模型试验,为了便于观察分析,细砂层由各种颜色的细彩砂依次排列在砂砾石层上表面,通过改变彩砂层的厚度分析研究了不同细砂层厚度对管涌发生、发展机制及过程的影响。试验结果表明,三层堤基细砂层厚度的不同使管涌发生的临界水力梯度、涌砂量和通道发展的速度不同,与双层堤基有很大区别。临界水力梯度是由多种元素决定的,包括破坏土体的性质及其整体性等;细砂层的存在使流量在渗透变形初期对涌砂不敏感;在试验中发生的相同水位下多次间歇性涌砂,其原因一方面是颗粒在运动过程中发生堵塞,另一方面是通道边界的土体失去支撑发生应力释放,抵抗力随着时间逐渐减小。     

顺层钻孔布置间距对煤层瓦斯抽采效果影响的物理模拟试验研究

基于自主研发的多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统,开展了不同顺层钻孔布置间距条件下的瓦斯抽采物理模拟试验,对瓦斯抽采过程中煤层瓦斯压力及抽采流量的演化规律进行了探讨。研究结果表明:煤层内不同测点的气压随着与抽采管之间距离的减小,下降速率加快;当受抽采叠加效应影响时,在相同距离条件下抽采管之间区域的气压下降速率大于外侧,且在抽采开始后该气压差异迅速到达峰值后呈下降趋势,而距离抽采管越近的区域,或随钻孔布置间距增加,叠加效应均减弱;在煤层垂直于钻孔的断面上,气压梯度与抽采瞬时流量存在幂函数关系,随着钻孔布置间距减小,或数量增加,同一位置的气压下降速率增大,抽采瞬时流量下降速率加快,累计流量增加,煤层渗透性系数ɑ值增大,说明煤层瓦斯抽采效率更高。研究结果可为现场合理布置抽采钻孔提供一定的理论依据。