非均质土坝稳定性的渗流场和应力场耦合分析

綦于多孔介质的渗流特性和土的非线性本构关系，研究了渗流场与应力场的耦合效应，并针对一实际十坝建立了非线性耦合分析模型，探讨了位于软基之上的非均质土坝的渗流与应力耦合规律。分析结果表明，在渗流作用下，坝休和坝基中渗流与应力的相互作用是不应忽视的，其作用结果将会使土坝、特别足防渗心端附近应力水平和渗透坡降均有不同程度的提高，表明考虑渗流场和应力场耦合作用的计算结果对土坝稳定安全性不利。     

三相耦合渗流侵蚀管涌机制研究及有限元模拟

管涌的发生、发展过程是土骨架相在渗流作用下侵蚀为可动细颗粒相,并随水相在孔隙通道中运移流失的过程。在该过程中,渗流与侵蚀相互耦合,相互促进,水相、土相、可动细颗粒相互作用,因此,管涌过程是一个多场、多相耦合的高度非线性的动态过程。现有的管涌试验结果表明,只有当水力梯度大于起始水力梯度时,细颗粒相才会随水相从土体中运移流失,土体才会发生管涌侵蚀,且管涌稳定后土体的孔隙率（稳定孔隙率）和水力梯度之间存在对应关系,根据该结果,提出管涌稳定孔隙率的概念,修正传统的渗流侵蚀本构方程,建立多孔介质中三相耦合的修正的渗流侵蚀管涌控制方程。最后,针对特定应力状态下的土体建立稳定孔隙率和水力梯度之间的对应关系。基于Galerkin有限元法编制有限元程序,在轴对称情况下对该土体的管涌过程进行数值模拟。结果表明,修正后的管涌控制方程能更全面地描述管涌发生、发展直至稳定状态的特性。     

英房水库土坝渗流与金属结构安全评价

英房水库位于海城市马风镇朱红峪村,是海城市马风镇海城河上游的控制性工程。目前水库经过多年运行,存在着老化等诸多病害隐患,急需进行除险加固工程建设。针对水库的大坝渗流与溢洪道的地基有渗漏问题及输水洞的洞身漏水,闸门漏水等问题进行分析与评价,为该水库除险加固工程建设提供详实的数据。对类似工程除险加固建设提供参考和借鉴作用。     

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。     

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。     

基坑防渗体局部失效渗流场变化特征

采用三维有限元方法分析了基坑开挖工程在防渗体出现局部失效情况下，引起渗流在失效部位的集中及渗流场空间状况。提出了以一维通道嵌入三维块体的方法模拟管涌发展过程及渗流场变化特征。讨论了管涌通道渗透性对基坑管涌发展规律的影响。     

水位波动下非饱和心墙土坝体的渗流和稳定性

基于Richards方程,对坝体的饱和-非饱和渗流场进行了模拟,再根据饱和-非饱和渗流场和非饱和土抗剪强度公式,对坝体的稳定性进行了分析。结果表明,水位骤降过程中坝体的安全系数通常呈现先缓慢增加后迅速减小的变化过程,分析坝体失稳时塑性区和位移场发现,水位下降的初期,坝体左侧坡体的安全系数要低于坝体右侧坡体,但水位下降到一定程度,右侧坡体的安全系数迅速减小,并先于左侧坡体失稳;采用有限元强度折减法用于多坡面边坡稳定分析时,只能获得最小安全系数的包络线;心墙具有隔水防渗的作用,对水位变化渗流具有阻尼作用。     

管涌与滤层的研究:管涌部分

对管涌和滤层两个相关联问题的研究发展过程进行了综述和评论,并将过去的研究成果与之比较。管涌问题是土体渗透变形的一个重要现象,关系到地基的渗流破坏。首先探讨了管涌的内在涵义,评述了当今管涌的研究现状及其发展方向,然后介绍了一些过去的试验资料、研究成果和计算公式,包括管涌土与非管涌土的判别方法,垂直向上渗流和水平渗流时的管涌临界坡降,并引用目前文献中的试验资料验证其公式是可靠的,最后说明了建立在土颗粒级配曲线上的管涌研究方法是当前的研究趋势,因而对这些过去的研究成果进行比较、讨论是有益的。     

基于ANSYS/APDL语言的黄壁庄水库土坝渗流稳定分析

根据基本方程及定解条件的比较分析,将ANSYS软件的温度场分析功能应用于渗流场的分析,利用APDL语言实现了渗流参数化建模,采用死活单元技术,通过迭代算法计算浸润线位置,解决了黄壁庄水库土坝渗流稳定问题的求解,为今后该大坝的工程管理及安全提供了理论依据。     

关于堤坝管涌计算方法的进一步研究

堤防工程在洪水期间发生渗流管涌而形成的险工往往占堤防重点险工的三分之二以上。将管涌产生初期涌水点附近透水层看作是各向同性均质 ,并利用地下水井流理论 ,推求出了管涌形成后的出水流量、临界面及破坏界面孔口尺寸的计算公式 ,并将计算成果与工程实际进行了比较 ,获得了令人满意的相关效果     

渗流作用下软基心墙坝稳定性分析

基于心墙坝的渗流特性建立了渗流分析模型和坝坡渗透稳定分析模型,并进一步考虑坝下软土地基的压缩特性提出了与当前应力状态有关的软土层渗流分析模型,将所建模型应用于某水利枢纽主土坝典型软基断面不同运行工况的计算,详细分析了心墙的防渗作用和软土层变形对渗透稳定的不良影响。     

陡坡水库大坝渗透稳定性及渗透变形分析

陡坡水库存在大坝质量差、坝体发育大量裂缝、背水坡出现散浸现象、坝后沼泽化并形成一上升泉以及排水渠和鱼池有絮状析出物、渗漏量增大等问题,这些异常现象都是由坝体及坝基渗流引起的。在阐述坝体和坝基地质、水文地质条件情况下,分析了大坝渗漏成因及大坝的渗透稳定性,指出坝体实际浸润线及坝体渗漏量是不正常的,特别是1987年后当库水位高于194 m,同一库水位呈上升趋势,这是反常的。坝基实际渗漏量异常,存在管涌和接触冲刷问题,尤其库水位低至 193.84 m,坝后上升泉仍有沙沸现象。上述现象表明大坝渗流是危险的,并分析了散浸、析出物、上升泉及沼泽化、坝肩及绕坝渗漏等现象的成因。     

坝基二维渗流场的大尺寸物理模型试验

利用大尺寸砂槽试验模型模拟了坝基二维渗流全过程,并着重分析了坝基二维渗流场的变化情况。模型槽内土样渗透变形破坏后,取不同区域土样进行颗粒分析试验。根据渗透变形试验所获得的参数,运用GeoStudio 2007软件对坝基渗流场进行数值分析,所得渗流场分布与物理模型试验结果基本吻合,说明该二维渗流场的物理模型试验结果较为合理。结果表明,渗透破坏主要发生在坝体下渗透路径较短的区域内,而坝基上下游基本未产生渗透变形;产生渗透破坏后,渗流路径发生较大改变,导致渗透破坏区域渗流量大幅增加,加速坝基破坏进程。     

病险土石坝渗流量的灰色预报

在土石坝渗流量监测统计数据的基础上,利用灰色系统理论,以若干实测渗流量为基础数据构成原始数列,用累加算子弱化个体差异.在累加序列生成的基础上求出紧邻生成序列,构建GM(1,1)灰色微分方程,求解微分方程的响应函数并还原出模拟函数.经精度验证或修正后,模拟并预测渗流量,为病险土石坝的防治提供依据.     

高堆石坝心墙渗流特性离心模型试验研究

高土石坝在施工期心墙会产生超静孔隙水压力,且难以有效消散,蓄水后心墙从非稳定渗流状态到稳定渗流状态,因此,渗流特性异常复杂。目前,有限元方法进行渗流计算不能考虑施工期引起的孔隙水压力,因而不能完全了解土石坝的渗流特性。长河坝为砾石土心墙堆石坝,最大坝高为240 m。利用离心模型试验技术,通过分析长河坝施工期和运行期心墙的孔隙水压力的产生和消散变化规律研究大坝心墙的渗流特性。试验结果表明,心墙孔隙水压力经历施工时的增长期、竣工后的消散期、非稳定渗流时的增长期和消散期、稳定渗流时的稳定期5个阶段。心墙高程不同、填筑含水率不同,各阶段的孔隙水压力和历时也不同。心墙位置越高或填筑含水率越大,施工期孔隙水压力系数越大,形成稳定渗流所需时间越短。心墙位置越高或填筑含水率越小,心墙位势越大,非稳定渗流期心墙位势大于稳定渗流期。研究成果对高心墙堆石坝设计和施工具有指导意义。     

考虑饱和-非饱和渗流的土坡极限分析

给出了均质土坝的下游坝坡的安全系数的计算方法。均质土坝的下游坝坡有可能会通过滑裂面发生破坏。土坝中的土坡通常处于非饱和状态。非饱和土坡的安全系数计算需要考虑吸力对抗剪强度的贡献以及土坡中的非饱和渗流。给出处于饱和-非饱和渗流状态下的土坡的安全系数,有助于评价均质土坝的安全系数。下游坝坡的安全系数计算方法有：极限平衡法、上限解法和下限解法,该算法适用于非饱和土坡,且是在饱和土坡安全系数的计算方法上修正得到的。算例中非饱和土坡安全系数的计算考虑了吸力对抗剪强度的贡献。考虑非饱和渗流理论的土坡安全系数计算方法通常更加接近现场实际情况,并且对于同一坝坡,考虑非饱和渗流计算出的土坡安全系数要比饱和渗流理论计算出的安全系数大。     

龙凤山水库土石坝渗流混水现象研究

龙凤山土石坝在运行的很长一段时期内,坝后排水沟出现严重的混水现象,该现象白天呈周期性变化。利用原子吸收法和X-荧光光谱分析法,对坝后排水沟中的水及析出物进行化学成分分析,研究坝基析出物化学成分的演变规律。研究表明,水质中富含Ca,析出物中富含Fe和Mn。在坝基地下水渗流过程中,地下水与坝基岩石产生物理化学作用,从而导致化学潜蚀。地下渗流水的化学潜蚀作用与坝基岩石性质密切相关。在基性类岩石中,由于富含铁、锰等深色元素,在酸性环境中很容易迁移,因而排水沟中出现Fe2O3和MnO2絮凝状沉淀物,导致排水沟出现混水现象。