满流条件下管道破损诱发渗流侵蚀的试验研究

针对富水砂层中地下管道破损诱发地面沉降的问题,设计了一套可视化试验装置,对骨架粒径d90 =1.45～8.45 mm的11种砂土样、5种满流流速下土体渗流侵蚀诱发地表沉降的规律进行了研究。研究表明：（1）管道破损诱发的土体渗流侵蚀有3种模式,分别为：只突水无沉降、形成土拱并发生沉降和溃砂沉降;（2）土体骨架粒径、破损口尺寸、厚跨比是决定土体产生何种渗流侵蚀模式的主要因素,满流流速主要影响土体沉降范围;（3）管道破损口上方土体形成土拱或溃砂时,土体骨架粒径d90与厚跨比r的关系为：当8.0≥r≥4.2时,d90随r的增大呈抛物线下降;当12.5≥r≥8.0时,d90保持不变;（4）管道破损口上方土体形成土拱或溃砂时,流速为0的初始沉降半径、沉降深度由破损口直径D与土体平均粒径d50的比值（D/d50）决定;沉降半径、沉降深度均随满流流速的增大而线性增大;形成土拱时,沉降半径、沉降深度随流速增大的扩展速度（VL、VH）与D/d50呈对数关系;溃砂时,沉降半径随流速增大的扩展速度VL规律如下：当23.0≥D/d50≥6.0时,VL随D/d50的增加而线性增大,当42.0≥D/d50≥23.0时,VL随D/d50的增大呈对数减小。     

防水毯施工技术在人工湖防渗工程中的应用分析

传统人工湖防渗施工中均采用钢筋混凝土、粘土层、防水膜等材料作防水层,耐久性和抗撕裂强度差,加之施工工艺等原因,会导致湖底渗漏等质量通病发生。近年来新型水工防渗材料"防水毯"被工程界在防渗工程中广泛采用,组成防水毯以及上、下部粘土层构成的复合防渗体,防渗效果明显。通过对常见人工湖泄漏原因进行论述,对防水毯施工准备试验和施工试验、防渗层具体施工工艺流程进行详细说明,结果表明,科学规范化进行防水毯铺设、粘土层填筑施工,是保证防水毯、粘土层复合防水防水体防渗质量的关键,系统完整的施工准备试验和施工试验是完成防水毯、粘土层复合防渗体的前提技术条件。     

膨胀土初始破损与湿干交替耦合作用下的力学行为

为研究不同初始破损程度、不同干湿循环次数及两者耦合工况对膨胀土孔洞及裂隙发育、演化规律的影响,以及相应的土体变形、力学行为,以合肥膨胀土为研究对象,对制备的不同初始破损程度（圆柱孔直径分别为0、2.5、5 mm）的3组20个试样进行干湿循环试验及三轴剪切试验（控制吸力为50 kPa,有效围压分别为100、200、400 kPa）。并解释了孔洞-裂隙的产生及发育新机制。结果表明：干湿循环次数为0时,一定程度的初始破损会提高土体的强度;与常规认识不同,干湿循环次数为1～2次时,初始破损的存在会诱导土体裂隙开裂的方向和贯通模式,形成的结构块较无破损土体形成的更完整,因而具有相对于无初始破损土体更高的强度;干湿循环次数为3次时,裂隙完全扩展,土体结构性被严重破坏,有无初始破损的土体强度趋于一致;孔洞-裂隙的演化机制是：脱湿-增湿过程中产生的水力梯度使土体具有不同的软硬性质和胀缩变形,产生的拉压应力在微裂纹、尖端形成应力集中而开裂,更易与具有的初始孔洞破损联合、交汇、贯通,萌生的裂隙增大了水汽交换界面面积,进一步平衡拉压应力而最终完全碎裂。研究可为普遍存在初始破损的膨胀土工程研究提供新的思路。     

水化后GCL中膨润土的微观结构研究

近年来土工织物膨润土垫（GCL）被越来越多地应用到各种防渗工程之中,而水化后GCL中膨润土的微观结构会对GCL的长期防渗性能和力学性能产生影响。采用压汞试验,对水化后GCL中膨润土的微观结构进行定量分析,研究了液体对微观结构的影响,并通过化学分析来揭示液体产生影响的机制。结果表明,(1) 采用垃圾渗滤液水化后的膨润土孔隙体积密度最大,大孔径孔隙所占比例最高;(2) 出现上述规律的原因可以归结为两个方面,一是由于渗滤液中阳离子浓度最高而使得蒙脱石表面双电层厚度最小,二是更加频繁的离子交换作用使得蒙脱石表面大直径离子比例最高。     

GCL防水毯中膨润土的水化膨胀应力特征研究

GCL(Geosynthetic clay liner)防水毯是广泛用于工程建筑的一种防水材料。一般认为其防水机理是由于其中的膨润土颗粒吸水膨胀后,形成胶体状隔水层,阻隔水分子进一步扩散而达到防水目的。但水化膨胀过程中产生的应力特征迄今没有深入研究。本次试验采用自制膨胀应力测定仪,对美国CETCO公司膨润土防水毯饱和吸水条件下膨胀应力进行了直接测定,结果表明:1应力测定仪工作性能稳定,测定结果重现性好。2膨润土防水毯吸水膨胀应力随时间的变化可明显分出3个阶段。1(0～50h)应力快速增加,增幅为7×10-4～1×10-3MPa/h;2(50～1730h)应力缓慢增…     

膨润土防水毯在西安护城河改造工程设计中的应用

为了确保护城河水位抬高后,水质清洁、不危及城墙及城河周边建筑物的安全,对城河设计水位以下全断面进行防渗处理。通过对不同防渗处理方案的对比分析,提出了用膨润土防水毯对水面以下边坡及河底进行防渗处理的设计方案,具有施工简单、防渗效果好、绿色环保等优点。     

膨润土防水毯渗透性能的温度效应

以颗粒状钠基膨润土防水毯为研究对象,采用改造的GDS全自动环境岩土渗透仪开展渗透试验,研究温度和压力对渗透系数的影响。研究表明:低围压下膨润土防水毯的渗透系数随温度的增加而减小,温度较高时趋于平缓或略有增大;围压增为100 kPa时,渗透系数随温度的增加而增大。固有渗透率随温度的增加而减小;低围压下固有渗透率减小更显著,仅考虑流体物理性质变化的渗透系数估算值与实测值有很大差异。膨润土吸附结合水量随温度的升高而减小,不能解释膨润土防水毯渗透系数和固有渗透率随温度的变化规律。当温度升高时,粒间孔隙减小且颗粒状膨润土分解成凝胶态蒙脱石颗粒,在低围压下凝胶态蒙脱石颗粒层间距离减小,是渗透系数和固有渗透率随温度的升高而减小的主要原因。     

褶皱土工膜+针刺钠基膨润土防水毯复合衬里的剪切试验研究

防渗工程中土工膜的褶皱现象普遍存在,然而目前关于土工膜界面剪切特性的研究大都忽略了褶皱的影响。以糙面土工膜（GM）和针刺钠基膨润土防水毯（GCL）组成的复合衬里为研究对象,利用水化变形试验证实两步水化法能有效地加速含褶皱GM+GCL复合衬里的水化步骤,使用大尺寸温控水浴直剪仪对含褶皱GM+GCL复合衬里的剪切特性进行了试验研究。通过将含褶皱GM+GCL复合衬里的剪切特性与无褶皱复合衬里进行对比分析,揭露了GM褶皱对复合衬里剪切特性的影响机制。GM褶皱的存在使得GM+GCL复合衬里的剪切应力-位移曲线产生较大差异,并使得低压下复合衬里的抗剪强度明显降低。GM褶皱使复合衬里产生明显的渐进破坏效应,复合衬里内部能出现多种破坏模式共存的现象。     

溶液和温度作用下膨润土防水毯的渗透性能

以颗粒状和粉末状膨润土防水毯(GCLs)为对象,运用GDS (global digital systems)全自动渗透仪开展渗透试验,研究CaCl_2溶液作用下GCLs渗透性能的温度效应,初步探讨其机理。试验表明:当水化液为0.05mol/L的CaCl_2溶液时,两种GCLs渗透系数随温度升高呈现增大趋势;当水化液为去离子水时,颗粒状GCL渗透系数随温度升高而减小,粉末状GCL渗透系数随温度升高而增大。去离子水情况下,膨润土吸附结合水量随温度升高而减小;CaCl_2溶液作用下,吸附结合水量较去离子水情况大幅降低。当CaCl_2溶液浓度一定时,膨润土膨胀指数随温度升高而略有增大;当温度一定时,膨润土膨胀指数随CaCl_2溶液浓度升高而显著减小。以去离子水进行试验时:颗粒状和粉末状GCLs渗透系数随温度的变化主要影响因素为凝胶态蒙脱石数量,其次为流体黏滞系数和吸附结合水量;颗粒状GCLs膨润土孔隙结构越不均匀,凝胶态蒙脱石数量的影响就越显著,导致渗透系数随温度升高而减小、固有渗透率随温度升高显著降低。以CaCl_2溶液进行试验时,两种GCLs渗透系数随温度变化的主要受流体黏滞系数和吸附结合水量的影响,而受凝胶态蒙脱石数量的影响较小。孔隙溶液性质、温度和膨润土类型均对GCLs的防渗性能具有重要影响。     

土体水分蒸发研究进展

土体水分蒸发是土体-大气物质和能量交换的主要过程之一,对土体的工程性质有重要影响,是许多工程和环境问题的直接诱因,但长期被本学科所忽视。基于国内外近些年来其他学科领域围绕土体水分蒸发问题所取得的研究成果,分别从土体蒸发量确定方法、试验方法、蒸发过程、影响因素及理论模型等几个重要方面总结了该课题的研究现状及进展,取得如下主要认识：（1）准确确定土体的实际蒸发量是土体水分蒸发研究的核心课题,目前主要有理论计算法和直接测量法两种途径;（2）开展蒸发试验是掌握土体水分蒸发过程和研究土体水分蒸发机制的重要途径,目前主要有室内试验和原位试验两种。相比而言,基于环境箱的室内蒸发试验方法具有较好的应用前景;（3）土体水分的蒸发过程可划分为3个阶段：常速率、减速率和残余阶段;（4）影响土体水分蒸发的因素归纳起来可分为内部土性和外部环境因素两类,前者主要影响土体水分的传输能力,后者主要影响蒸发能量的供应强度;（5）当前关于土体水分蒸发量的计算和预测模型较多,但往往存在误差大、适应范围窄或参数难于获取等不足。基于上述认识,并结合本学科的研究背景,提出了今后该课题的研究重点和方向,包括减速率阶段的蒸发机制、土性参数与蒸发速率之间的量化关系、黏性土尤其是膨胀土中水分的蒸发和迁移机制、高精度原位土体水分蒸发试验设备的研发和构建通用型的土体水分蒸发理论模型等。     

Transport behavior of nZnO in geosynthetic clay liner used in municipal solid waste landfills under temperature effect

The transport process of nZnO in geosynthetic clay liner (GCL), an anti-seepage material used in municipal solid waste (MSW) landfills, under different seepage temperature conditions was conducted. The transport behavior of nZnO in GCL was analyzed. Results showed that the retardation performance of current GCL used in MSW landfills anti-seepage system against nZnO pollutants was poor. nZnO successfully permeated the GCL and entered external soil–groundwater environment, posing health threats to the life of organisms. Although seepage temperature exerted a small effect on nZnO suspension leakage volume, change in seepage temperature affects the mass of transported nZnO in GCL by redispersion of nZnO in suspension. As the seepage temperature increases, the mass of nZnO that permeated the GCL increases, reaching a maximum at 50 °C, and then decreases.     

云南压实黏土层对油类污染物的防渗性能实验研究

目前在压实黏土层(CCL)应用于油类污染物的防渗工程设计中,以水在CCL中的渗透系数低于10-7 cm/s为依据,该依据可能存在偏颇。文中以0#柴油和93#汽油作为典型油类污染物,在云南CCL中进行油相水相交替渗流实验。结果表明：(1)不同渗透压力下,水在云南CCL中的渗透系数为(0.41~2.52)×10-8 cm/s,云南黏土压实后可作为天然防渗衬层。(2)0#柴油和93#汽油穿透饱水的云南CCL时,存在临界水力梯度,分别为0.05和0.02 MPa;一旦突破临界水力梯度,CCL的渗透性急剧增大,0#柴油和93#汽油在CCL中的渗透系数较水在CCL中的高出1~3个数量级。(3)水相驱替0#柴油和93#汽油的过程中,CCL的渗透系数为10-7～10-6 cm/s;被油浸透过的CCL不能继续作为防渗衬层使用。(4)针对油类污染物的CCL防渗工程设计,以水在CCL中的渗透系数低于1.0×10-7 cm/s为标准是不适用的,需要提高CCL防渗的设计等级。     

燕山水库坝基防渗墙优化设计

因现场资料不足或分析手段落后等原因,当前进行水库坝基防渗墙设计,往往存在过于保守的倾向。以河南省燕山水库为例,基于优化设计的思路,采用目前较为成熟的二维有限单元法,对不同防渗条件下的坝基渗流场分别进行了模拟,并将计算所得比降、流量与允许比降、允许流量做了对比,从定量的角度提出了既安全、又经济的防渗方案:防渗墙厚度取0.8m,深度取打入破碎带5m。     

滑动测微管抗渗能力的测试装置及试验研究

使用滑动测微技术进行桩身内力测试,测管安装时的防渗处理是该技术实现高质量测试的关键,已有处理措施鲜有其防渗效果的定量研究。研发了一套滑动测微管抗渗能力测试装置,对3种常用防渗处理措施不同压差下的渗流量进行了测定,得到计算渗流量的公式,结合现场条件分析了测管安装的注意事项。结果表明,测管内压力大时的渗流量要远大于测管外压力大时的渗流量;涂胶是一种效果非常好的防渗措施,采用该措施后一般不会有超过0.005 mm粒径的颗粒进入测管;增加测管内水头有利于减少杂质进入测管,但测管内水头不能高出桩孔内液面太多;灌注混凝土后,若测管内有水溢出应封闭测管限制水的溢出,若测管内水位下降,则应开放测管允许气体进入测管。     

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。     

深厚覆盖层坝基防渗墙深度研究

在西部山区深厚覆盖层上建设高坝,坝基防渗是关系到工程成败的关键。塑性混凝土防渗墙加灌浆帷幕防渗体系已经在多座大坝工程中应用,实践证明是成功的。由于坝基防渗墙建设控制工期,并且工期较长,在满足防渗要求的条件下应尽量减少工程量。研究防渗墙的合理深度,能够在一定程度上减少工程量,优化施工工期。基于改进阻力系数法求得防渗墙底部坡降随防渗墙深度变化的解析解,并且通过数值模拟方法详细研究了深覆盖层内防渗墙深度变化时防渗墙底部水头、坡降的变化规律。认为深厚覆盖层内设置防渗墙的深度并非越深越好,而是存在一个最优深度。最优深度的取值取决于覆盖层的深度。一般情况下,相对深度比（防渗墙最优深度与覆盖层深度之比）在0.7左右为防渗的最优取值。     

基于饱和-非饱和渗流理论的基坑防渗措施分析

应用饱和-非饱和渗流理论,对某临河基坑进行了渗流计算,评价了基坑的渗透稳定性,并确定了基坑的最佳防渗措施及相应的参数。计算结果表明：无防渗措施时,基坑坡面土体在渗透压力作用下是不稳定的,必须采取防渗措施。从便于施工的角度考虑,采用钢板桩防渗,其位置定在距基坑右边坡6.0 m处。钢板桩长度对渗流场影响显著,钢板桩应穿过粉砂层,这样才能起到较好的防渗效果,有利于基坑边坡的稳定;同时也不宜太长,太长不仅浪费材料,效果也不会更好,最佳长度应为15.4 m。     

库水位骤降后面板缺陷坝体渗漏量和坝坡稳定性分析

为研究库水位变动情况下面板不同缺陷的面板堆石坝渗透稳定特性,利用著名岩土分析软件Geo-studio的Seep/w与Slope/w模块,以浙江省临海市西部括苍镇境内某面板堆石坝为例,对不同土工膜缺陷及库水位变动工况的组合进行了渗流特性及稳定性的数值模拟分析,得到了浸润线,渗漏量及稳定性系数的变化曲线,计算结果表明:(1)面板一旦发生缺陷,静库水位下坝体的浸润线有一个明显的抬升,缺陷尺寸越大,浸润线高程越高,但是差异不大。库水位高程越高,静库水位下坝体内部的浸润线高程也就越高;(2)库水位水平越高,缺陷尺寸越大,坝体渗漏量也就越大;(3)库水位骤降下面板坝内部浸润线呈现先疏后密的规律,库水位下降速率越大,上游坝体浸润线疏的部分则越疏。在库水位骤降经过面板坝缺陷高程时,有一个浸润线突降的过程;(4)从整体上看,上游坝坡的稳定性系数要大于下游坝坡的稳定性系数;静库水位下,库水位水平越高,上游坝坡稳定性系数越大,而下游坝坡稳定性系数则越小,缺陷位置越高,稳定性系数越低;库水位骤降情况下上游坝坡稳定性系数随库水位下降呈现先下降后上升的趋势,下游坝坡则呈现一直上升的规律,一旦面板发生缺陷,稳定性系数较完整面板来说有一个较大幅度的下降,面板缺陷尺寸越大,稳定性系数整体上越小。     

堰塞坝体材料渗透特性及其稳定性研究

堰塞坝是由于崩塌、滑坡、泥石流等形成的天然坝体,不同于人工土石坝,堰塞坝坝体结构松散,颗粒级配不均匀,在较高水头作用下坝体可能发生渗透破坏而导致溃坝,严重威胁下游人民群众的生命及财产安全。由于堰塞坝存在较大粒径颗粒,常规的渗透试验装置难以满足要求,本文研制了直径为60cm的大直径渗透试验仪,进行了不同堰塞坝级配材料的渗透破坏试验,并探讨了堰塞坝体材料渗透特性的主要影响因素。研究发现:（1）堰塞坝材料的渗透破坏形式取决于材料级配,粗颗粒含量较多时为管涌破坏,细颗粒含量较多或粒径缺失时为流土破坏;（2）堰塞坝渗透系数随干密度的增大而减小,主要取决于细料填充粗料孔隙的程度,单独使用不均匀系数或曲率系数不适用于评价渗透系数的变化;（3）基于试验数据提出了用于堰塞坝渗流破坏形式的判别公式,并推导出堰塞坝管涌破坏的临界水力坡降计算公式。     

微咸水膜下滴灌对温室乳瓜产量及品质的影响特性研究

本文采用正交试验,研究了防渗技术、微咸水利用方式对温室膜下滴灌乳瓜产量及品质的影响。结果表明,一定矿化度的微咸水灌溉会增加作物土壤根系层含盐量和阻碍作物根系吸水,在灌溉方式和灌水定额一定的情况下,虽然全塑料薄膜防渗保水效果强于四周塑料薄膜+底部粘土防渗,但是四周塑料薄膜+底部粘土防渗透气性好,土壤呼吸作用强,在高温时可以及时调节土壤温度,并有利于乳瓜根部呼吸和生长,使其光合速率升高,有助于乳瓜水分和干物质积累,从而获得增产。