生产堤溃口展宽过程的概化模型试验研究

为研究生产堤溃口横向展宽过程的发展规律,以黄河下游生产堤土体为材料,开展概化模型试验,分析溃口处水深、流速、流量以及溃口宽度的变化。试验结果显示,溃口横向展宽的机理主要表现为水流冲刷堤身下层土体伴随上层悬臂土体发生绕轴崩塌;随着溃口展宽,堤前水深持续下降但下降速率逐渐减小,溃口流速呈先增大后减小的趋势,流速峰值约为1.1 m/s;随着主槽流量增加,溃口宽度发展至0.7 m时,溃口的水深、泄流流量、流速、展宽速率均有所增加。基于对溃口展宽的影响因素分析,提出溃口横向展宽速率的计算关系式,计算溃口展宽过程与实测值符合较好。研究结果不仅有助于生产堤展宽机理及发展规律的研究,还可为数学模型的建立与验证提供参考资料。     

生产堤溃决后漫滩水流的概化模型试验研究

黄河下游主槽两侧修建的生产堤通常仅能抵御中小洪水,用于保护滩区农田与村庄安全;当遭遇大洪水引发生产堤溃决时,漫滩洪水会严重威胁滩区群众的生命财产安全。当前研究溃堤洪水的传播过程与演进机理多采用数值模拟,而原型观测及模型试验成果十分有限。通过溃堤漫滩洪水的概化模型试验,模拟了生产堤溃决后主槽内的水位变化及不同程度漫滩洪水的传播过程。试验结果表明:(1)溃堤后漫滩水流以涨水波的形式向滩区迅速传播,主槽内水位具有先降低,然后维持稳定,再升高,最后趋于稳定的变化过程,且溃口上、下游水位变化速率不同;滩区水位总体表现为持续升高,最后趋于稳定的趋势。(2)漫滩洪水波的波前到达时间主要与滩区地形及距溃口的距离有关,波前首先以溃口为中心呈近似对称式椭圆形分布,而后转变为非对称分布;溃堤水流在滩区传播过程中伴有水跃发生,水跃发生的位置由距溃口较远处逐渐趋向溃口位置。(3)溃口流量与溃口内外水位差直接相关,呈先减小、然后维持稳定、再减小最后为0的变化特性。研究成果不仅可以提升对溃堤洪水在滩区演进规律的认识,丰富溃堤洪水动力学理论,还可为数学模型验证提供实测资料。     

岩溶塌陷的地质概化模型

对于岩溶塌陷机制的分析,应以其所处的地质条件为基础,在一定的水文地质条件的基础上,同样的土-岩体,可能具有完全不同的失稳机制.以工程实例为基础,提出了几种岩溶塌陷的盖层地质概化模型,并对每一种概化模型的致塌机制进行了分析和讨论,同时,还提出了水压差场与气压差场的概念.     

裂隙概化模型的非饱和渗流试验研究

借鉴多孔介质非饱和渗流试验的研究成果,研制出一套可同时测定单裂隙毛细压力-饱和度以及非饱和渗透系数-毛细压力关系的试验装置.为检验试验装置的可信度和试验原理的正确性,并初步探讨单裂隙非饱和渗流的机理,特制作了一阶梯开度的裂隙概化模型(本文称之为“S-H”裂隙模型),并在上述试验装置上进行了“S-H”裂隙模型的非饱和渗流试验,初步阐明了单裂隙非饱和渗流的一些基本水力特性,同时试验结果也表明本文试验装置和试验原理合理可靠.     

红粘土的微结构及其概化模型

本文论述红粘土的物质组成和微结构特征,在此基础上提出了红粘土微结构的概化模型,并根据这种模型对红粘土的工程特性进行了探讨。     

基于Modflow的岩溶管道概化与模拟探讨

在复杂岩溶介质中,由于岩溶形态存在小尺度的溶缝到大尺度的岩溶管道的变化,岩溶地下水流呈现为层流-紊流多种流态共存的复杂系统。对含水层中岩溶管道的准确概化是精确模拟复杂岩溶介质地下水流动的前提。在较为成熟的三维有限差分地下水流动模型（等效多孔介质）条件下寻找一种概化岩溶管道的方法,基于Modflow地下水流动模型,分别讨论模型软件中的单元渗流计算子模块（ BCF ）、排水沟子模块（ DRN ）、河流子模块（ RIV ）以及溪流子模块（ STR）对岩溶管道的概化模拟效果,发现河流子模块（ RIV）与溪流子模块（ STR）是概化岩溶管道的最优模块。     

软土地基上土工织物加筋堤的离心模型试验研究

以黄骅港防波堤工程为依托,对有、无土工织物加筋垫层及不同织物加筋条件下堤坝和软土地基的变形与稳定进行了离心模型试验对比研究。得到了地基土体的竖向与水平位移分布规律以及孔隙水压力的消散特性。研究表明：土工织物加筋垫层的加筋机理源于其对土体的侧限效果,铺设土工织物后能有效地减小地基的沉降,并能够限制浅层土体的侧向变形;为使土工织物的加筋效果能够得以充分发挥,要求织物的强度及模量要与垫层的界面强度相匹配。     

流域水文模型中河道断面概化的原理和方法

河道断面概化是开展水文、水动力学模拟的基础性工作.本文在对已有概化方法总结的基础上,提出了一套适用于流域水文模型的概化方法.该方法通过对实测断面的水深～过水面积关系进行回归分析,得到概化梯形断面的下底宽和边坡系数两个重要参数,使得概化后的断面与实测断面保持一致的水位～流量关系.以图们江流域为例,应用该方法对流域内15个实测断面进行概化,同时分析断面集水面积与断面形状、大小间关系.实例研究结果显示,该方法能较好地对河道断面进行概化,可应用于分布式水文模拟.     

考虑滑道坡度和宽度的滑坡模型试验研究

通过开展小尺寸的室内模型试验,研究了在不同滑道坡度和滑道宽度下,滑坡-碎屑流的运动和堆积特性。试验结果发现:斜坡坡度增大时,对于细颗粒堆积体,其冲程和平面覆盖面积均变大;对于粗颗粒堆积体,其冲程和平面覆盖面积均先变大后变小;两者的堆积宽度均减小、堆积厚度均增加。滑道宽度对滑坡运动影响显著,滑道宽度增加时,其冲程出现小幅度的增加,而平面覆盖面积和堆积宽度均出现较大幅度的增加,堆积厚度则变小;滑道出口宽度对滑体最终堆积范围影响显著,而滑道入口宽度的影响则相对较小。试验研究成果为滑坡-碎屑流堆积范围及堆积形态影响因素的探究提供了一定的理论参考价值。     

含水岩组概化的累积导水系数法

地下水流系统理论和数值模拟技术分别是水文地质学的基本理论和技术方法,含水岩组的概化是地下水流系统分析和地下水数值模拟的重要基础,直接影响着数值模拟和水流系统分析的精度和可信度.为提高含水岩组概化的精度和可信度,提出一种含水岩组概化的新方法,即累积导水系数法.依据岩层厚度与渗透系数乘积累积值随深度的变化,以及水文地质剖面岩性分布的整体特征,概化含水介质结构.以玛纳斯河流域为例,应用该方法概化流域内的岩性剖面,结合GMS软件中TINS模块构建水文地质结构模型.结果表明,应用该方法概化后的含水层结构具有较好的合理性和仿真性,建立的三维模型很好地显示了研究区含水介质的空间展布特征,为建立地下水流模型奠定了良好的基础.      

隧道斜交穿越地裂缝的模型试验研究

西安地区由北向南间隔分布有十多条近东西走向的地裂缝,建设中的多条地铁线路与地裂缝呈斜交状态。为了揭示地铁隧道斜交穿越地裂缝时受地裂缝活动而产生的力学性状变化,采用50:1几何相似比尺的物理模型试验仪,在合理模拟围岩地层、衬砌结构、应力条件、地裂缝与洞轴线交角及其错动位移基础上,开展了斜交地裂缝活动条件下隧道衬砌结构与围岩相互作用的物理模型试验研究,并与正交地裂缝活动下的测试结果进行了对比分析。表明斜交地裂缝活动对地铁隧道的影响范围更大,各变形缝均有明显的沉降差发展;邻近斜交地裂缝的衬砌结构易处于“悬臂梁”受力状态,衬砌结构不均匀沉降使其产生旋转位移,围岩土压力变化使衬砌结构内力产生显著变化;随着地裂缝错动位移的发展,上盘内拱顶和下盘拱顶、拱底出现围岩作用的加强,而上盘拱底出现围岩作用的松弛。与隧道正交穿越地裂缝的情况比较,斜交穿越地裂缝时围岩土压力和衬砌结构内力变化更大,易出现拉裂破坏。     

Analysis of rectangular piles subjected to lateral loads in nonhomogeneous soil using a Winkler model approach

An analytical approach using a Winkler model based on two lateral soil displacement components in a three‐dimensional soil is investigated to provide analytical solutions of horizontal response of a rectangular pile subjected to lateral loads in nonhomogeneous soil. The two lateral displacement components of a soil surrounding the rectangular pile are represented by the Fourier series of displacement potential functions in the elastic three‐dimensional analysis. The lateral stiffness coefficient of the rectangular pile shaft in nonhomogeneous soil is derived from the rocking stiffness coefficient taking into account rocking rotation of a rigid pile shaft. The relationship between horizontal displacement, rotation, moment, and shear force for the rectangular pile subjected to horizontal loads in nonhomogeneous soil is obtainable in the form of the recurrence equation. The formulation of lateral displacement and rotation for a rectangular pile subjected to lateral loads on the pile base in nonhomogeneous soil is proposed by taking into account Mindlin's equation and the equivalent thickness for soil layers in the equivalent elastic method. The difference of lateral behavior between square and circular piles subjected to lateral loads is insignificant. The effect of aspect ratio of the rectangular pile on the lateral behavior is great for the lower stiffness ratio between pile and soil and the larger length–equivalent diameter ratio. The effect of the value of Poisson's ratio of soil on lateral stiffness coefficient is relatively small except Poisson's ratio close to 0.5. The comparison of the results calculated by the current method for a rectangular pile subjected to lateral loads in nonhomogeneous soil has shown good agreement with those obtained from the analytical methods and the finite element method. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.