钱塘江冲海积粉土渗透破坏试验研究EI北大核心CSCD

钱塘江冲海积粉土以砂质粉土为主,呈'高粉性、低黏性'的地区特点,在地下水动水压力作用下极易产生渗透破坏。粉土是介于砂性土和黏性土之间的一种过渡类型土,工程性质既与砂性土不同又与黏性土有较大区别。采用自行研制的粉土抗渗强度测定设备,对钱塘江冲海积粉土5种典型样本和微层理原状样本进行了渗透稳定试验。结果表明,钱塘江冲海积粉土渗透稳定性差,抗渗强度低;砂质粉土临界水力比降icr为1.011.25,破坏形式为局部流土,从临界水力比降icr发展到破坏比降iF的过程是瞬间的,基坑开挖遇到该类土层极易产生渗透破坏;黏质粉土临界水力比降icr随黏粒含量增加而增加,从临界水力比降icr发展到破坏比降iF有个短暂的过程,是整体流土破坏;钱塘江冲海积粉土渗透稳定各向异性;渗流垂直微层理方向的临界水力比降icr最大,是渗流沿微层理方向icr的2.5倍左右。研究结果为粉土地基渗透破坏防治提供参考。     

基于Copula理论的粗粒土渗透破坏临界水力比降估值

破坏水力比降是土体渗透稳定性分析和渗流控制的基础。以渗透变形试验为基础,分析了粗粒土临界水力比降与孔隙比、级配不均匀系数和曲率系数间的相关性。利用Copula理论适合建立多个非独立变量间联合分布函数的优点,构造了拟合粗粒土临界水力比降 、孔隙比e、级配不均匀系数 和曲率系数 间相关关系的最优Copula函数,并将其应用于粗粒土临界水力比降估值。结果表明：具有单参数的四维对称Archimedean Copula函数的Nelsen No 6为最优Copula函数。利用构造的最优Copula函数求条件概率,便可得到粗粒土临界水力比降估值的保证率,或者计算在一定保证率条件下临界水力比降估值。通过比较临界水力比降试验值与Copula理论方法、Terzaghi公式及刘杰公式估值,阐述了Copula理论的可靠性,为建立粗粒土临界水力比降与孔隙比及级配特征的多变量统计概率关系及临界水力比降估值提供了一种新途径。     

采煤冒裂带上覆松散土层渗透变形的模型试验研究

用具有不同尺寸的裂隙的混凝土预制块模拟采动裂缝岩体,以粘土、粉土、粗砂和砾砂为基本材料配制21种土样模拟松散层,采用改装的渗透仪,对采区上覆垮落带和裂缝带之上的这种松散层发生渗透变形破坏的类型和机理进行了研究,得出了水往裂隙带方向流动时松散层发生渗透变形破坏的临界水力坡度与土层粒度成分、物理力学性质和裂隙尺寸等的关系。试验表明,粘粒含量少的粉土、粗砂、砾砂较易发生水砂突涌;同一种土样发生渗透变形破坏时,裂缝宽度越大,临界水力坡度越小。试验还得出了突砂口张开程度与突砂量的关系。     

砂性土细颗粒起动临界水力坡降计算方法

地下水渗流作用下内部不稳定砂性土将发生潜蚀现象,潜蚀作用引起的土体渗透破坏会对土工建筑物或地基造成不良影响。考虑土体有效应力和细颗粒应力折减,建立渗流场中细颗粒受力模型,根据极限受力平衡状态得到潜蚀过程中砂性土细颗粒起动临界水力坡降计算公式,并通过DEM-CFD耦合方法以及现有试验数据进行验证。结果表明：砂性土中细颗粒以滚动方式起动,起动临界水力坡降受渗流水流、土体特性以及颗粒自身特性共同影响;砂性土表层细颗粒起动临界水力坡降受埋深影响较大,埋深1 cm的细颗粒最高、最低起动临界水力坡降相差10.169%,埋深10 cm时差异减少至1.061%。该计算方法与数值模拟和渗流试验结果的最大标准误差分别为6.038%、11.211%,可以较为准确地预测砂性土细颗粒起动临界水力坡降。     

磨盘山水库坝基渗透稳定研究

磨盘山水库兴建遇到的主要地质问题是坝基渗漏及渗透稳定问题,将影响水库工程效益的发挥和大坝的安全运行,需采取适当的渗控工程措施。通过对坝基土颗粒组成及结构的分析,判别可能发生渗透破坏的类型,确定抗渗比降和允许比降。应用Visual MODFLOW进行水库坝区渗流场的三维渗流数值模拟分析,通过对18种渗控计算方案渗流场、渗流要素及防渗效果的统计分析,依据坝基土的允许比降,在安全、经济、合理原则的基础上,确定哈尔滨市磨盘山水库坝基渗控设计首选方案为：左岸防渗长度200 m、帷幕灌浆标准5 Lu。     

砂砾石与砂接触冲刷试验研究

渗流作用下土层之间的接触面是较易发生渗透破坏的薄弱环节。在开展砂砾石渗透破坏试验研究的基础上,针对砂砾石与砂的接触面渗流及渗透破坏特性,利用大型竖向渗透仪和自主研制的环状径向水平渗透仪,研究了竖向和水平渗流作用下接触面渗流和渗透破坏的影响因素及接触冲刷的发生、发展过程。研究结果表明,典型的砂砾石与砂的接触冲刷破坏过程可分为稳定渗流阶段、过渡阶段和破坏阶段3个阶段,可用2个特征水力坡降进行划分,稳定渗流阶段与过渡阶段的分界点对应的水力坡降称为启动坡降,过渡阶段与破坏阶段的分界点对应的水力坡降称为破坏坡降;砂砾石与砂组合试样的渗透系数随砂砾石密度的增大、颗粒变细而减小,砂砾石与砂接触冲刷的抗渗坡降则随砂砾石密度的增大、颗粒变细而增大,在水平渗流情况下试样的渗透系数较竖向的大,但接触冲刷的抗渗坡降较竖向的小。     

钱塘江冲海积粉土剪胀性三轴试验研究

钱塘江两岸广泛分布着冲海积粉土.通过大量的三轴固结不排水CU和固结排水CD试验,探讨饱和粉土的应力应变性状和剪胀特性。试验表明,钱塘江冲海积粉土显著的特性之一是在剪切中膨胀,剪胀主要与粉土的密度和围压有关。CU试验中密(e=0.739～0.866)的原状样在围压600kPa范围内剪切膨胀,稍密(e=0.890～0.906)的击实样在围压低于400kPa剪切膨胀。由于粉土膨胀的本质不排水强度在剪切中保持增加,对于这种情况就没有惟一的"不排水强度";CD试验稍密(e=0.889～0.945)的击实样在围压低于400kPa时剪切膨胀。钱塘江冲海积粉土的剪切破坏要经历一个大的变形过程,固结排水剪切过程的应力应变性状可分为4个阶段。取应变继续而没有进一步体积变化的临界状态做破坏标准,确定粉土排水剪切强度指标较合理。     

粉砂地基深基坑渗透破坏研究

在地下水丰富的砂土和粉土地区进行深基坑开挖,坑内降水施工或渗漏引起的渗透破坏问题是威胁基坑稳定性和周围环境的主要因素。通过模型试验结合数值模拟,研究了土体密实度、黏聚力、内摩擦角、桩土界面摩擦特性以及围护结构插入深度等因素对临界水力梯度以及渗透破坏模式的影响。研究表明,发生渗透破坏时的水力坡降不仅与土的密实度有关,还与土性、强度指标、桩表面粗糙度以及围护结构的插入深度等因素有关,这些结论为实际基坑工程分析提供了指导。     

防渗墙粗粒土槽孔泥皮的抗渗性试验研究

通过自制泥浆渗透试验仪,针对粗粒土地基防渗墙泥皮的渗透稳定性问题,开展了护壁泥皮抗渗性能的试验研究。结果表明,泥皮具有明显的截渗作用;不同压差作用下泥浆渗透形成的泥皮具有不同的抗渗特性,压差越大、泥皮越致密,抵抗渗透破坏的能力越强,泥皮的渗透性也就越小;反压渗水作用下泥皮的抗渗性能较正压渗水作用下的抗渗性能差;随着水力作用持续时间的增长,泥皮的结构发生变化,孔隙增大,流速逐渐增大,在较大水力梯度作用下会发生破坏;泥皮的临界水力梯度与其形成时压差作用大小有关,泥皮形成压差越大,正、反向渗水的临界水力梯度越大;反之,临界水力梯度越小。关于泥皮抗渗性能的深化认识,对于完善防渗墙设计与施工具有重要的意义。     

板桥河左岸堤防渗透破坏风险分析

以板桥河左岸堤防加固工程为背景,提出了一条基于确定性渗流有限元进行堤防渗透破坏风险分析的途径,并对板桥河堤防渗透破坏风险进行了分析研究,根据分析结果对堤防渗透稳定性进行了评价。所采用研究方法发挥了有限元的优点,能够模拟堤防场地土层实际分布情况,较准确地计算洪水位下运行堤防背水面水力坡降。根据“端点组合-单调性法”理论和“3?”法则,通过1995年堤防典型破圩实例建立起整个堤防的抗渗临界水力坡降、渗透破坏风险率的临界值以及堤防汛期防渗的警戒水位,对整个板桥河堤防渗透稳定性评价工作具有非常重要的意义,其分析方法以及研究思路可供同类堤防工程的渗透稳定性评价工作借鉴。     

Characterization of thick varved-clayey-silt deposits along the Delaware River by field and laboratory tests

The existence of thick compressible varved clayey silt deposits along the Delaware River presents one major obstacle for design and construction of structures or industrial facilities in this region. To understand the characteristics of this thick weak soil layer and then develop reliable soil parameters for future earthwork design and construction, a comprehensive soil testing program was carried out. The program consisted of both in situ tests [e.g., standard penetration test borings, piezocone penetration test (CPT) soundings, Marchetti flat dilatometer test soundings, seismic shear wave test soundings, CPT pore pressure dissipation tests, and field vane shear tests] and laboratory tests (e.g., soil index tests, consolidation tests, triaxial tests, and chemical tests). Additionally, a field surcharge test program with and without installation of wick drains was carried out to investigate the compressibility of the thick clayey silt deposit and the efficiency of wick drains to help accelerate consolidation. The field and laboratory test results showed that the varved clayey silt deposit was normally consolidated to slightly overconsolidated and moderately to highly compressible. Its physical properties were intermediate between those of Savannah muddy clay and Shanghai soft clay, while much closer to that of Shanghai soft clay. Due to its lamination structure in the horizontal direction, the horizontal consolidation coefficient of the varved clayey silts was significantly greater than that in the vertical direction. The measured undrained shear strength of the varved clay silt almost increased linearly with depth. The installation of wick drains in the thick clayey silt deposits accelerated primary consolidation, but showed no effect on the secondary consolidation under constant loading. The findings obtained from this study will be beneficial for future design and construction of earthworks along the Delaware River.     

黏土大剪切变形中的渗透特性试验研究

利用改进的三轴渗透试验装置对某高堆石坝心墙黏土进行了一系列剪切过程中的渗透试验,揭示了黏性土发生大剪切变形过程中其渗透系数随轴向应变的变化规律,并分别对围压、渗透压力、渗透方向等因素对土体渗透性的影响进行了探讨。研究结果表明,黏性土大剪切变形过程中其渗透性变化规律一般表现为：在剪切变形起始阶段,渗透系数迅速减小,随着轴向应变的增加,其变化越来越缓慢,最后基本上趋于稳定。轴向应变、围压、渗透压力等是影响渗透系数的主要因素。     

粉砂地基深基坑工程土体渗透破坏机理及其影响研究

在砂土和粉土地区,渗透破坏是威胁基坑稳定性和周围环境的主要因素。基坑工程是由土、水以及围护结构组成的一个复杂系统,影响基坑工程渗透破坏的因素很多。在总结前人对土体渗透破坏与基坑工程渗透破坏模式的研究基础上,结合渗流对土体性质影响的试验成果,提出了考虑渗流、开挖卸荷以及围护结构变形共同作用的基坑工程渗透破坏分析方法,并分析了均质地基基坑工程的渗透破坏模式。将该方法运用于某粉砂地基基坑渗透破坏工程实例,通过有限元数值模拟,揭示了渗透破坏过程及其对围护结构的影响。通过对该基坑工程实例的分析认为,在进行基坑工程设计时不仅需要进行防止流砂、管涌等验算,还需考虑基坑工程整体破坏的可能性。     

某水利枢纽厂房大型基坑开挖渗流研究

渗流,特别涉及到自由面或浸润线的确定是岩土工程的重点和难点问题。借鉴砂土坝的渗流分析方法,采用经典分段组合法理论得到基坑开挖边坡渗流简化模型Ⅰ。在此基础上将土层分层,应用土层分界面上的渗流折射定律,得到简化模型Ⅱ。分别求解两种模型得到正常水位和最大水位条件下的渗水量,与工程实际的渗水量进行对比发现,计算渗水量大于实际渗水量,这是由于忽略了围堰对渗水的阻隔作用。在正常水位条件下,模型Ⅱ的结果优于模型Ⅰ。     

不同渗流边界条件下粉砂边坡失稳模型试验研究

研究不同渗流边界条件下粉砂边坡的稳定特性对滑坡安全评价及防灾减灾具有重要意义。开发研制了室内边坡模型试验系统,分别进行了在上部边界入渗、侧向边界入渗和底部边界入渗的边坡失稳模型试验。分析了各试验中边坡内部不同位置体积含水率、孔隙水压力和基质吸力的变化规律以及坡体破坏过程。结果表明,不同入渗边界条件下边坡土体局部由非饱和变为饱和状态,基质吸力消失,最后在坡面形成不稳定区域塌落破坏。上部边界入渗、侧向边界入渗和底部边界入渗所引起的破坏模式根据其特点可分为局部浅层破坏、多级后退式破坏和坡面滑动破坏。通过监测边坡不同位置的体积含水率,可以为渗流引发的边坡失稳预警机制提供参考依据。     

青草沙水库大堤渗透特性的显著性检验分析

青草沙水库地处长江人海口,堤身及堤基由大量沙土和粉土组成,要求对大堤的渗流特性进行专题研究,掌握大堤渗流规律,确保大堤的安全运行。分别于2007年建设期和2010年运行期进行了渗透试验,并将两次试验的渗透参数进行了对比,利用数理统计中样本显著性检验分析,对大堤运行期的渗透参数进行了检验分析,为大堤的渗透变形研究提供了有效的数据。     

间断级配砂砾石土的渗透变形试验研究

渗透变形是颗粒材料中细颗粒在渗流作用下发生重分布且导致土体的内部结构、水力及力学特性发生变化的现象,是导致砂砾石土地基及堤防结构破坏的主要原因之一。利用自主研发的刚性壁渗透仪对不同级配及细颗粒含量的间断级配砂砾石土在恒定水头渗流作用下进行渗透变形全过程试验,监测了渗流过程中的局部水力梯度空间分布以及竖向位移变化,分析了渗透试验结束后土体的颗粒级配空间分布变化。研究结果表明：土粒中细颗粒所处的欠填、满填及过填3种堆积状态决定了粗、细颗粒间不同的接触方式,影响其渗透性。渗透试验结束后细颗粒流失量沿试样高度的空间分布可以划分为3个区域,即顶部流失区、中部均匀区及底部流失区。局部水力梯度的快速下降伴随着竖向位移的突变,意味着渗透变形的开始;渗透变形启动时的局部水力梯度大于全局水力梯度,证实了采用大尺寸试验执行渗透试验的必要性。细颗粒处于过填状态的试样依然会发生渗透变形且导致强烈的沉降变形,值得进一步的研究。     

应用主成分分析法研究渗透介质的渗透稳定问题

结合国内多个水电工程的大量渗透试验数据，在多维系统中选择了5项指标：干密度、孔隙比、不均匀系数、渗透系数和临界坡降，采用多元统计中的主成分分析法进行聚类，运用回归分析建立了砂性土、砂卵石土、断层带物质三类渗透介质的渗透模型。将所建立的断层带物质渗透模型应用到单薄山梁断层带的渗透稳定分析预测上，得到了模型计算结果与渗透试验所得结果相一致的结论，说明主成分分析法在渗透稳定分析中具有一定的适用性。     

表面渗流对生态边坡中客土稳定性影响研究

讨论表面渗流对生态边坡中客土稳定性的影响,设计并进行了同一种客土的无渗流和表面渗流情况下的稳定性试验。表面渗流情况下客土的破坏模式与无渗流情况下相同,即一条沿平面网上表面的平行于原边坡坡面的直线滑动面。利用表面渗流情况下的客土稳定性试验结果,验证了杨俊杰等提出的客土稳定设计图表的适用性。试验结果和理论分析均表明,渗流使客土的稳定性显著降低。