开敞式潮滩-潮沟系统发育演变动力机制——Ⅰ.物理模型设计及潮沟形态

为研究潮沟发育演变动力机制,建立了以江苏中部粉砂淤泥质潮滩-潮沟系统为原型的降比尺物理模型,模拟在潮汐作用下,潮沟系统从平坦滩面逐渐形成、发育演变至动态平衡状态的过程,并分析了潮沟系统在不同阶段的形态特征。研究结果表明:潮沟系统发育速率先快后慢,最终达到动态平衡状态。采用潮沟发育各阶段潮沟系统的总长度与终态潮沟总长度的比值以及潮沟及其相邻处潮滩的高程变化速率两种方法,均可以衡量潮沟系统的发育程度。潮沟系统发育达到动态平衡后,各级潮沟个数占潮沟总数量的比例基本固定。潮沟的宽度、深度、宽深比均符合对数正态分布。潮沟的宽度与宽深比、深度与宽深比之间均具有幂函数关系。     

开敞式潮滩-潮沟系统发育演变动力机制——Ⅲ.海平面上升影响

为研究海平面上升对潮滩-潮沟系统的影响,以江苏中部粉砂淤泥质海岸为原型,建立变态物理模型,模拟研究在不同海平面潮汐过程作用下的潮沟发育和演变过程,分析了潮滩淹没历时、排水密度、潮沟断面形态等特征参数变化规律。研究表明:潮沟在发育初期伸长速率高于拓宽速率,最终趋于动态平衡;海平面上升后,潮滩淹没历时增加,露滩时间缩短,归槽水对潮沟底床的塑造作用减弱;平均归槽水流长度和Horton排水长度均随海平面上升呈现出减小趋势,潮沟的排水能力增强;潮沟断面宽深比服从对数正态分布,随着海平面上升,潮沟断面面积和宽深比均呈现出增大趋势,宽深比分布范围变广。     

不同渗流强度对明渠水流结构影响的试验研究

关于明渠流引入渗流后的水流运动规律研究很多,但学者们的研究却存在着不同的结论。为探究不同渗流强度对明渠水流结构的影响,通过自行设计的明渠紊流水槽及渗透装置,利用PIV（Particle Image Velocity）图像采集系统及数据分析软件,测量了水流流速并分析了流速变化与相对渗流强度的关系。结果表明:水流流速并不是渗流强度的单值函数关系,随着入河渗流强度的增加,近底水流流速呈先减小后稍有增加,又继续减小的趋势;出河渗流时流速变化趋势与入河相反;出河及入河渗流都有着拐点的存在,且对应的相对渗流强度与雷诺数相关,雷诺数越大,拐点出现时对应的相对渗流强度越小。     

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。     

编目图数据形式对区域崩塌易发性评价结果的影响

本文以北京市怀柔区为例,通过现场调查,对688处崩塌灾害分别以面数据和点数据的形式获取了两套编目图。根据现场调查和资料分析,选取岩性、地形、断裂和道路建设作为该区崩塌灾害的主控因素,采用频率比(FR)模型对崩塌灾害的易发性进行了评价。为了对评价结果的预测性进行检验,采用随机分割法,选取了415处崩塌用于频率比模型的计算,剩余的273处崩塌用于评价结果预测性的验证。预测曲线表明,基于崩塌面数据的评价结果比基于点数据的评价结果具有明显的优越性。根据基于面数据的频率比模型评价结果,可以将研究区的崩塌灾害易发性划分为5个等级:较低易发(占全区14%)、低易发(占全区20%)、中等易发(占全区27%)、高易发(占全区22%)和极高易发(占全区17%)。相关工作和结论可以为区域地质灾害易发性评价中编目图的编制提供参考,并为怀柔区区域国土利用和防灾减灾提供指导。     

渗流作用对砂砾石层灌浆的影响试验研究

通过在试验砂槽中进行灌浆试验,研究了渗流作用对砂砾石层灌浆的影响。首先,在选定水泥浆作为灌浆材料的前提下,验证了砂砾石材料的可灌性,确定了灌浆的有关参数,包括浆液水灰比、灌浆时间、灌浆压力、灌浆深度等;其次,在无渗流作用下,研究了灌浆压力、浆液水灰比与浆液扩散范围之间的关系;最后,在有渗流作用下,通过调整上下游水位差,研究了灌浆压力、渗流强度与浆液扩散范围之间的关系。研究结果表明,渗流作用对灌浆压力与浆液扩散范围所呈的线性关系无明显影响,不同灌浆压力条件下,渗流强度与浆液扩散范围之间呈明显的非线性关系     

水流对渗流的影响实验研究

岸坡渗流是江河崩岸的主要诱因和重要研究内容之一.土力学中的渗流分析均建立在土体内部为低流速的层流、土体之外为静态水体的基础之上,而岸坡渗流之明显区别就在于土体之外的水体并非静态.利用新研制的实验设备,进行了不同切向水流流速、不同渗流水头差组合情况的水流渗流耦合试验,结果分析表明,水流对渗流有明显影响,并呈规律性变化:渗出面渗透比降越小,水流对透水性能的降低程度就越大,而比降超过一定数值后,水流将会增强透水性能.研究结果对江河两岸堤防等建筑物的安全评价将有着重要的理论价值和实用性.     

弯道凹岸不同部位崩塌体对近岸水流结构影响的试验研究

二元结构河岸失稳后,上部河岸发生崩塌并堆积在近岸,从而改变近岸水流结构并影响河岸二次侵蚀过程。为了探索弯道凹岸不同部位的崩塌体对近岸水流结构的影响,以长江中游石首河段为背景,开展概化模型试验,采用多普勒流速仪（ADV）精细测量崩塌体附近三维水流流速,并对比分析有无崩塌体时水流及壁面剪切力的变化规律。结果表明:位于顶冲点上游的崩塌体,使纵向流速最大区域远离凹岸,从而使崩塌体与河岸坡脚之间区域内的平均壁面剪切力减小;而位于顶冲点下游的崩塌体,使纵向流速最大区域靠近凹岸,从而使崩塌体与河岸坡脚之间区域内的平均壁面剪切力增大。研究成果丰富了对二元结构河岸侵蚀过程的认识,有利于河岸侵蚀模型的发展与完善。     

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。     

强震条件下碎裂岩体崩塌机理及崩塌后壁对堆积体稳定性影响研究

5 12 汶川地震的强震作用诱发产生了大量崩塌地质灾害,且多发生于碎裂结构岩体中。崩塌后斜坡后缘岩体及前缘堆积体的稳定性和后缘岩体对前缘堆积体稳定性的影响研究同样是震后灾害所面临的问题。以干河沟沟口斜坡为例,在分析该斜坡结构特征及崩塌机理的基础上,采用二维离散元软件UDEC模拟了斜坡在天然或强震条件下的稳定状态和可能失稳过程; 运用极限平衡法对陡壁岩体再次崩塌,产生新物质堆载在现有崩塌堆积体后缘前、后分别建立模型进行了稳定性分析。研究结果表明:碎裂岩体崩塌过程可分为应力重分布、潜在崩塌体形成和地震诱发崩塌3个阶段。崩塌堆积体在考虑后缘堆载作用之前,在天然或地震环境下均处于相对稳定状态,考虑堆载作用之后,其可能会在地震条件下失稳。离散元法和极限平衡法的组合使用,对于解决同类斜坡的同类问题切实可行。     

基于三维非连续变形分析的巨石崩塌运动研究

巨石作为一种大体积、大质量的滚石,其崩塌失稳及高速、高能远程运动往往导致沿途建筑物和交通线路的毁灭性灾难。以西藏自治区G318国道K4580典型滑坡为工程背景,基于三维非连续变形分析（three-dimensional discontinuous deformation analysis,简称3D-DDA）方法研究巨石崩塌失稳及运动全过程的特征与现象。分别建立该边坡未滑坡、浅层滑坡后和深层滑坡后3种坡形的巨石崩塌3D-DDA数值模型。采用滚石运动横向偏移经验模型,验证3D-DDA巨石运动模拟的准确性。在此基础上,分析巨石崩塌失稳机制及破坏后沿3种不同坡形边坡的运动轨迹和动能演进等运动特征。结果表明,3D-DDA能够有效模拟巨石崩塌失稳、运动发展、剧烈冲击碰撞直至最终静止等整个动力学过程。巨石崩塌表现为滑动→倾倒?滑动→倾倒→翻转?下落的失稳模式转换;巨石运动表现为碰撞、弹跳、飞跃、滚动、滑动等多种运动形式以及横向偏移、侧向偏转等三维空间运动特征,经过道路并与高架桥发生碰撞,引发巨石灾害。不同坡面几何特征下的巨石运动偏移量、弹跳高度、运动至坡底碰撞时间、最终稳定时间等均随着未滑坡、浅层滑坡后、深层滑坡后3种坡形变化而减小。通过3D-DDA巨石崩塌运动分析,预测巨石运动全过程、影响范围、冲击能量、停积位置等,可为巨石防灾减灾对策或措施制定提供依据。     

库水升降对新疆阿勒泰地区某土石坝渗流影响的研究

库水升降会改变土石坝原本稳定的渗流场,进而影响坝体的安全和稳定,为研究库水升降速率对土石坝渗流的影响,在GeoS tudio中建立了新疆阿勒泰地区土石坝的坝体—坝基二维模型,采用非饱和渗流模型计算了坝体在不同定水位及库水升降诱导下的孔隙水压力和浸润线变化情况.结果表明:坝体稳定性随库水定水位的升高而降低,库水升降速率过...     

1996-2020年长江口九段沙湿地植被覆盖对潮沟演变规律的影响

长江口九段沙湿地是国家级自然保护区,认识植被覆盖与潮沟网络间的关系对保护九段沙湿地意义重大。基于长时序Landsat和HJ-1A多光谱图像,提取并分析长江口九段沙湿地潮沟和植被覆盖度数据。结果表明:① 1996—2020年间,潮沟总长度以每年11.71 km速度增加,植被覆盖面积以每年4.79 km2速度增加,至2020年潮沟等级最高为四级;②历年潮沟分布特征变化与高植被覆盖度区域密切相关;③各级别潮沟中,一级潮沟对潮沟网络的平均归槽水流长度影响最大,而不同植被覆盖参数中,植被覆盖面积影响最大;④平均归槽水流长度与植被覆盖面积符合指数函数关系,随着植被覆盖面积的增大,平均归槽水流长度逐渐减小,即潮沟网络排水效率增大。     

山区公路工程建设对地下水渗流的影响

分别就公路路堤、路堑、半挖半填等路基结构和隧道结构对周围岩土体的渗透性、渗流路径、地下水位等方面的影响进行了分析,以对公路工程建设对地下水环境的影响和与水文地质有关的灾害和损害的分析评价有所帮助。     

渗流问题的三维h型自适应有限元法研究

研究了三维渗流的自适应有限元法,建立了集成网格自动剖分、渗流有限元分析、网格调整、后处理等四大模块的四面体单元h型自适应系统。给出的算例证实了系统的有效性和优越性。     

裂隙岩体渗流与应力耦合的试验研究

通过对较大尺寸的裂隙岩体试块进行不同侧压力和加载条件下的渗流试验结果研究，分析了裂隙岩体渗流与应力的耦合机理，得出了不同应力条件下裂隙岩体渗流量与应力成四次方的关系。并且得出并非压应力都引起裂隙岩体的渗流量减小，当裂隙岩体受平行于裂隙面方向的单向压应力时，渗流量随着压应力的增加而增加。     

底端嵌固桩与滑体相互作用的物理模型试验研究

抗滑桩与滑坡体的相互作用是一个复杂系统。利用专门设计的安置有光纤和电测器件的物理模型试验装置,通过改变抗滑桩的几何尺寸、布置间距以及滑体的滑移面角等有关参数,研究抗滑桩与滑坡体之间的相互作用,获得了在不同桩体几何尺寸、间距以及滑体滑移面角? 等参数情况下抗滑桩的受力状况和滑体作用在抗滑桩上的滑坡推力函数q（H）,进一步揭示了抗滑桩与滑体之间的相互作用机制。     

基于蒙特卡罗随机有限元法的三维随机渗流场研究

通过建立改进Latin超立方抽样和对偶抽样相结合的复合抽样法,以提高Monte Carlo方法的计算效率,并将其引入Monte Carlo随机有限元（MSFEM）。基于三维有限元模型,采用MCSFEM对山坪土石坝进行随机渗流场分析,研究渗透系数和水头边界条件的随机特性对渗流场的干扰,进行变异系数和抽样次数的敏感性分析。最后,对渗流场的求解量进行概型分析。研究表明：总水头势、流速及渗透体积力的变异性随着渗透系数随机性的增强而变大;复合抽样法既能有效加快Monte Carlo的收敛速度,又能降低样本间的统计相关性,说明了该方法的实用性与有效性;当渗透系数服从正态分布时,渗流场中所取结点的水头和坡降也服从正态分布。     

嵌岩桩抗滑特性的物理模型试验研究

进行嵌岩桩与滑坡体相互作用的框架式滑坡物理模型试验,根据微型土压力盒和电阻应变计的监测数据,分别研究滑坡推力作用下模型桩的受力特征、桩身弯矩分布规律及模型变形破坏模式。试验结果表明,嵌岩桩加固后的滑坡,桩后推力随深度的增加呈抛物线型分布形式,合力作用点约在滑动面以上模型桩自由段的1/2处;嵌岩模型桩有明显的抗滑特性,承担了大部分桩后推力,传递至桩前土压力值较小且稳定;模型桩的桩身弯矩分布形式不同于普通抗滑桩弯矩分布形式,自由段埋深0~15 cm范围内为主要弯矩承受区域,最大弯矩截面位于滑面上模型桩自由段1/3处,滑动面处桩身弯矩绝对值较小;滑坡模型在沿滑面推力加载作用下发生桩后滑体越桩滑动破坏。该试验成果为嵌岩桩的抗滑特性研究提供了科学依据,可为该类型抗滑桩设计提供一定的指导性建议。     

渗透水压对节理应力-渗流耦合特性的影响试验研究

为研究渗透水压对节理应力-渗流耦合特性的影响,通过对6组人造节理试件恒定法向载荷和恒定法向刚度的压剪渗流试验,分析了应力和位移、节理水力开度以及透过率随剪切位移的变化趋势,获得了渗透水压对节理岩石应力-渗流耦合特性的影响规律。结果表明：节理试件的剪切应力和位移、水力开度以及透过率都与渗透水压密切相关。剪切应力随渗透水压的增大而减小,法向变形、水力开度和透过率却随渗透水压的增大而增大。在压剪渗流试验过程中,不同渗透压力的节理试件都发生了剪胀效应。研究可为深部岩体工程围岩遇水作用稳定性及渗流灾害控制技术提供科学的理论依据。