三峡深水高土石围堰工程的渗流研究

为了对三峡工程二期高土石围堰防渗设施的布置方案及其阻渗效果进行比较,采用有限元法对二期高土石围堰在不利的运行工况下的渗流场进行数值分析.比较了双排混凝土防渗墙方案、单排塑性混凝土低防渗墙加土工膜斜墙和单排厚塑性混凝土防渗墙等3种方案,分别采用恒定与非恒定模型计算,对立面二维和三维绕渗及防渗墙局部开裂等不利工况分别进行了数值模拟.结果表明:三方案均可有效抑制渗流场,双排混凝土防渗墙的防渗效果最好;墙体的局部开裂仅对局部区域的流场有影响.非恒定数值分析表明,堰体、基础不均匀沙石料及基坑抽水速度对渗流场影响极大,为保证堰体稳定,应限制基坑水位降落速度小于2 m/d.     

千里堤强渗段坝基渗流量的计算与分析

通过对白洋淀千里堤坝基强渗段渗流水文地质条件和渗流监测数据的分析,确定坝基强渗段的渗流边界及坝基渗流量的计算方法,并采用分段法计算出了坝基强渗段的渗流量,分析淀水位、截渗沟水位与渗流量三者之间的相互关系,提出千里堤坝基渗流安全的主要影响因素及相应建议,为保障千里堤的安全稳定运行提供技术依据。     

碾压混凝土重力坝全程综合仿真分析与安全评估

运用有限元方法对光照碾压混凝土重力坝进行施工期温度、渗流、应力应变的综合仿真分析,得出了温度场、渗流场及应力场的分布规律,在此基础上评价整个坝体与坝基系统稳定性的安全度,为坝体与坝基系统的温控、渗控和安全性评价提供参考依据。同时对光照碾压混凝土重力坝进行了不考虑温度、徐变、浇筑过程和蓄水过程的应力-应变和安全度计算,并对两种计算的结果进行了比较,结果表明：对碾压混凝土重力坝而言两者的位移相差最大,达70 mm;应力差别其次,达1.5 MPa;而整体稳定超载安全系数则没有本质区别。由于变形、应力和稳定安全系数在碾压混凝土重力坝设计中都是重要指标,所以综合仿真分析具有意义。     

软土地层浅埋圆形隧道非达西渗流场解析研究

软土在低水力坡降下的渗流会偏离达西定律,即为非达西渗流模式。假设孔隙水渗透服从指数渗流模式,采用镜像法原理推导了浅埋单孔和双孔圆形隧道非达西渗流场的解析解。结合算例,对浅埋圆形隧道非达西渗流解析解与达西渗流解析解进行了对比分析与验证,并对非达西渗流指数、隧道周围土体与衬砌渗流系数比值对隧道渗流场的影响进行了讨论。结果表明：非达西渗流指数、渗流系数比值对隧道渗流量和周围土体孔压均有较大的影响;随着渗流指数逐渐增大,土体内水头损失加快,隧道周围土体孔压及渗流量逐渐减小;随着土体与衬砌渗流系数比值逐渐增大,衬砌排水能力增强,隧道渗流量逐渐增大,隧道周围土体孔压减小更大。     

改进遗传算法在坝基帷幕灌浆方案优化中的应用

以一般基岩上的混凝土重力坝为例,采用改进的遗传算法对坝基有排水时的帷幕灌浆参数组合进行优化研究.根据帷幕的厚度进行单元网格剖分,用有限元数值方法计算渗流场,以坝基渗流量、坝基渗透压力和幕体本身的最大水力坡降不超过允许值为约束条件,以帷幕的工程造价最小为目标函数建立优化设计数学模型,寻找一般情况下的帷幕参数的最优组合,为工程设计提供参考依据.     

黄河龙口水利枢纽库坝区渗漏三维有限元分析

应用三维等参数有限单元法,对黄河龙口水库库坝区周围一定范围的初始渗流场、万家寨蓄水后的渗流场及龙口工程蓄水后的渗流场进行了数值模拟,并计算了相应的渗流量。     

石板水电站重力坝坝基渗流渗压观测资料的统计回归分析

渗流、渗压是影响坝基稳定的重要因素。通过对石板水电站重力坝坝基渗流、渗压多年观测数据的统计分析,考虑水位、温度和时效的影响,采用逐步回归分析法建立了坝基渗流、渗压的统计回归分析模型。回归计算结果表明,渗流、渗压统计值与观测值吻合较好,统计复相关系数较大,估计标准误差较小。统计回归分析模型有效地反映了坝基渗流、渗压的变化规律和发展趋势,为评价大坝运行安全性态提供了有效地分析手段和途径。     

单裂隙岩体非饱和临界状态渗流特性初步研究

探讨了裂隙非饱和渗流机制,认为裂隙尺度上的非饱和渗流实际上是由许多局部开度尺度上的饱和渗流构成的。用重正化理论的方法,对裂隙发生逾渗相变时的临界特性进行了研究,指出裂隙非饱和渗流存在一临界饱和度值,当饱和度小于该值时,裂隙中无渗流存在。对裂隙非饱和水力传导度进行了讨论。     

基于裂缝性致密储层关键渗流参数的逆向渗吸速度计算

在致密油藏水平井体积压裂开采过程中,压裂液通过缝网与基质接触并发生逆向渗吸作用,由于接触面积很大渗吸作用不可忽视;但目前关于表征致密储层的渗吸作用,从而研究渗吸对水平井体积压裂生产过程影响的研究尚未深入.为了解决以上问题,首先利用毛管束模型,通过考虑致密储层中边界层的特征,建立了解析的渗流参数计算表达式,用以计算致密储层的渗透率、毛管力、相渗曲线这3个关键渗流参数;同时,基于以上关键渗流参数和渗吸控制方程建立了适用于致密储层的渗吸速度计算模型;然后,将渗吸项作为源汇项加入到考虑缝网的双孔单渗模型中.最后,在真实水平井体积压裂开采过程中,耦合渗吸作用.研究表明,相比于不考虑边界层特征的致密油藏,边界层的存在将大幅度减弱储层的渗吸能力,同时也说明了在致密储层中,边界层的存在是不可忽视的,如果在渗吸计算中忽视致密储层的边界层特征会严重高估渗吸对致密储层产能的影响.      

阿青水电站沥青心墙坝渗流分析与控制

水电站的渗流计算分析是一项复杂而在设计中又极其重要的工作,很难获得符合实际的渗流分析结果。结合阿青水电站的渗流控制分析,全面阐述了水电站渗流分析中熟悉工程概况和水文地质条件,明确分析任务、概化模型、剖分网格、选取材料参数,确定了计算方案和边界条件,整理分析计算结果,进行方案比较,分析了参数敏感性的方法和过程,认为应做好上述每一个环节,对全面把握工程的渗流性状,进行防渗排水体系的方案选择和优化的重要意义。分析表明,河床最大剖面的渗流量不一定比较低坝高剖面的渗流量大,狭窄河谷心墙堆石坝坝体和坝基总的渗流量,也可能比大坝最大剖面的渗流量与坝轴线长度的乘积大。     

原状非饱和离石黄土向上渗流规律试验研究

地下水(潜水)位上升,在黄土(非饱和土)中会产生一种特殊的渗流现象——向上渗流。为了探索黄土中的向上渗流规律,自主研制了非饱和土向上渗流试验仪,对4组原状非饱和离石黄土试样(高20 cm,直径8 cm)均分别进行定压力水头为1 cm、5 cm、10 cm条件下的向上渗流试验,观察水在土中向上渗流的过程、渗流锋面形态及变化,从而获取渗流锋面位移-时间关系(渗流速度)、渗流压力-渗流速度关系等渗流特征参数,并分析不同条件下的向上渗流规律,得出如下主要结论:(1)渗流锋面位移与时间关系曲线呈似抛物线状;(2)依据渗流速率变化,可将渗流过程大致分为快速上渗期、缓慢上渗期、趋稳上渗期3个时段,对比分析得到定水头压力、干密度及天然含水率等因素对渗流速率的影响;(3)试验发现虫孔发育且贯通性良好在水分入渗过程中起到一定的促进作用,会加快向上渗流的速率,通过对所得试验数据进行回归分析,得到渗流锋面位移H与时间T的拟合公式。     

越过截渗墙渗流自由面的求解

对于越过截渗墙的剖面二维含自由面的渗流,应用保角变换方法求解,通过引入速度矢端平面和应用Schwarz-Christoffel变换,推导出了物理平面Z(x,y)和复势平面ξ(Φ,Ψ)的映射关系式.主要的待求参数和积分常量有4个,提出了相应的联立求解关系式.算例表明所提出的求解方法是可行的.     

模拟排水孔列渗流行为的以沟代孔列延长渗径法研究

排水孔是降低岩土体中地下水位和减小渗透压力的重要设施。因排水孔孔径小、排列密集,研究排水孔列的简化模拟方法对减小渗流数值计算规模,提高计算效率十分必要。基于流量等效原理的以沟代井列的延长渗径法,因其概念清晰、实现简便,在承压含水层井列的渗流场模拟中应用广泛。现有以沟代井列的延长渗径法中附加渗径计算公式与井深和含水层厚度息息相关,使得该方法应用于多层和有自由面的问题困难重重。针对现有延长渗径法的局限性,提出适用于有自由面的各向异性多种介质中排水孔列渗流问题的延长渗径法,附加渗径长度的确定不再受到孔深和含水层厚度的影响。采用该方法对几个典型的溢流型、逸出型和复合型排水孔列进行渗流场有限元分析,并与排水孔直接模拟的结果进行对比。结果表明,延长渗径法得到的排水孔的流量与排水孔直接模拟法的流量相差很小,且两种方法获得的自由面基本吻合。因此,提出的延长渗径法是模拟排水孔列渗流行为的简单而有效的方法。     

西霞院水库绕坝渗流分析

绕坝渗流除了影响山体本身的安全外,同时会抬高岸坡部分坝体的浸润面,在坝体和岸坡的接触面上可能产生接触冲刷等不利影响。实际工程大多采用混凝土防渗墙防渗形式,以期增大绕坝渗流渗径来削减绕坝渗流量并减小砂层渗透坡降。本研究以现有76眼民井为基础,分析西霞院水库蓄水前、后近坝区地下水动态变化及续建防渗墙对近坝区地下水影响。结果表明,近坝区地下水位变化与水库水位变化关系密切,水库蓄水对近坝区产生了明显的影响,使地下水位抬升明显、地下水渗流场发生改变。防渗墙续建前后,左岸下游地下水位与库水位响应关系已不明显,渗流方向有所改变,渗流强度明显减小,左岸防渗墙防渗作用明显;右岸渗流方向基本没变,渗流强度有所减小,下游地下水位与库水位仍存在一定的相关关系,右岸防渗墙上下游测井水位差没有左岸明显,说明右岸防渗墙也已经发挥防渗作用,但不如左岸明显。     

改进遗传算法在坝基帷幕灌浆方案优化中的应用

以一般基岩上的混凝土重力坝为例,采用改进的遗传算法对坝基有排水时的帷幕灌浆参数组合进行优化研究。根据帷幕的厚度进行单元网格剖分,用有限元数值方法计算渗流场,以坝基渗流量、坝基渗透压力和幕体本身的最大水力坡降不超过允许值为约束条件,以帷幕的工程造价最小为目标函数建立优化设计数学模型,寻找一般情况下的帷幕参数的最优组合,为工程设计提供参考依据。     

渗流场反演计算与物探检测结果相互关系的分析研究

从渗流场形成的机理出发,采用三维八节点等参数有限元法进行稳定渗流场计算具有高效、精确的特点.而且,反演计算要选择单元节点而不选单元内部的点进行,边界条件应按实际情况来定,计算误差用分级约束技术来控制.反演结果与物探检测结果进行了对比,综合全面地了解到库区的渗漏情况,提出了合理的控渗措施.     

堤防工程三维随机渗流场理论及研究

给出分析各向异性非均质稳定随机渗流场问题的三维有限元模型;结合实际工程问题,统计分析长江荆南干堤士性参数的分布特征,通过Kolomogorov-Smirnov统计检验表明,渗透系数呈高斯分布假设可以接受;通过对长江荆南干堤随机渗流场的三维有限元统计模拟的数值分析,研究长江荆南干堤渗流场的各种随机特性,并进一步对随机模拟结果进行统计检验,验证模拟结果的合理性;在实际的分析研究中把上下游水位的随机波动引入三维有限元的随机分析模型,分析上下游水位的变异性对渗流场矢量的随机干扰和边界条件的随机性对随机渗流场分析结果变异性的影响。在此基础上进一步考虑施加诸如垂直截渗墙、下游导渗沟等抗渗措施后,它们作为复杂边界条件的扰动,在与场内土性参数的变异性共同影响下,对渗流场水头势分布的随机干扰特性,并与相应的确定性稳定渗流场问题的结果对比,证实随机渗流场研究的必要性、可行性及实用性。实现了对长江荆南干堤的三维渗流场的较为全面的随机场模拟及特性分析,分析得到的结论通过统计检验并结合实测工程数据对照证明是可靠的,所研制的程序是适用的。     

基于MIDAS的尾矿边坡三维流固耦合稳定性分析

针对尾矿坝边坡稳定性问题,使用三维有限元软件计算,对吉林省集安石墨尾矿坝进行渗流-应力-边坡耦合分析。渗流分析基于三维介质达西定律,通过不断改进工况条件来降低浸润线溢出部位,保证坝体不会发生渗透破坏。同时,尽量降低溢出部位的应力坡降,保证坝体不会发生流砂、管涌等形式渗透破坏。在渗流计算的基础上,进行渗流-应力-边坡耦合,不断改进尾矿边坡的坡角和高度等要素,得到强度折减法下的尾矿边坡稳定性系数。通过理论计算和验证,提出了一种便于施工的排渗体布置方式,并验证了排渗体的可靠性,为尾矿坝具体施工提供了技术支持。     

溶蚀岩体的溶渗作用及岩溶坝区的渗透性研究

溶蚀岩体的溶蚀作用漫长而不均,处于岩溶坝区其溶渗作用会显著加剧,机理更为复杂。坝区的渗透特性受高应力场的作用,其固有的非均质各向异性更趋复杂,采用确定性的方法不能准确的描述其本质特性。在分析溶蚀岩体溶渗作用的基础上,对K.G.Magomedov预测模型进行了讨论,提出了岩溶管道渗透特性的处理方法。对岩溶坝区透水性随机场进行分析,考察岩溶坝区主要的两场作用,即渗流与应力场的耦合,基于Taylor随机有限元建立了渗流应力耦合的随机微分方程格式,并对耦合随机模型反演求解渗透参数提出了思路。     

渗透各向异性圆形围堰稳态渗流场解析解

对渗透各向异性土层中的圆形围堰渗流场进行解析研究。将圆形围堰周围渗流场分为3个区域,通过坐标变换以及将边界条件齐次化后,用分离变量法分别得到柱坐标系下3个区域的水头分布级数解形式,结合区域间的连续条件,并利用贝塞尔函数正交性得到渗透各向异性土层中圆形围堰稳态渗流场的显式解析解,与Plaxis2D软件的计算结果进行对比,验证了解析解的正确性。基于解析解,进一步推导出了涌水量、出逸比降公式,并与不同方法的计算结果作了对比,最后对稳态渗流情况下的水压力进行了计算分析。结果表明：相比于其他近似法,解析解求取的流量、出逸比降以及渗流情况下水压力与数值计算结果高度吻合;渗流水压力会随着围堰半径、纵横向渗透系数比值的增大而减小,而后逐渐趋近于一个稳定值。