非开挖穿河工程对堤防稳定性影响评价

非开挖穿河工程对堤防稳定性的影响,主要是管道施工在地层中形成的扰动带对地下水渗流场的影响;依据工程实例,在考虑高洪水位以及洪水对河道冲刷等不利因素的条件下,建立地下水流数值模拟模型计算地下水流场中最大水力坡度,利用临界水力坡度法,结合有关规范推荐的安全系数,对工程诱发渗透破坏的可能性,进行定量分析。     

安庆成品油管道穿越河道工程渗流稳定分析

在安庆成品油管道穿越河管道工程的施工过程中,管道的穿越会对河道、堤防的渗流产生影响。利用有限差分法对穿越后的堤防进行了渗流稳定分析与计算,建立了地下水流数值模拟模型。通过对地下水流数值模拟结果的分析,并利用临界水力梯度法,对实例中定向钻穿越河道工程诱发渗透破坏的可能性,进行了定量分析。     

近松散层采掘抗渗透破坏评价方法Ⅰ：临界水力坡度

抗渗透破坏评价是近松散含水层煤层开采溃水溃砂防控的重要基础工作,但至今尚未形成规范性方法和标准。松散层和风化带抗渗透破坏评价的关键是确定水力坡度和临界水力坡度。首先综述了流土和内部侵蚀发生的临界水力坡度确定方法,指出近松散层煤层采掘诱发溃水溃砂临界水力坡度与传统的临界水力坡度的不同特点。针对集中通道获得考虑临空面出口尺寸和岩土层物理力学性质的松散砂层、黏土层和基岩风化带的抗渗透破坏临界水力坡度的计算公式,采用试验结果验证,溃水溃砂临界水力坡度公式的适用性。通过单因素和多因素参数对临界水力坡度的敏感性分析结果表明,裂隙宽度是影响临界水力坡度大小的最重要因素,也表明在实际工程中通过控制采掘诱发的覆岩破坏是减少溃水溃砂灾害的关键措施。煤系风化带的临界水力坡度与其中黏土成分的含量、施加荷载大小有密切的关系,当黏土在风化岩石中占比(质量分数)为5%～40%时,其变化范围为2.9～67.2,给出了用高斯函数的拟合估算关系式和考虑上覆荷载的估算公式。研究结果将为近松散层开采溃水溃砂评价临界水力坡度计算提供参考。     

水平定向钻穿越芡河渗流稳定研究

安庆石化800万吨/年炼化一体化配套成品油管道工程在穿越芡河的过程中,在河道和左右堤防下的地层中将产生一条非常隐蔽的非直线型扰动带,会对渗流场产生十分复杂的附加影响。本论文在极端不利的气象、水文条件下,建立了地下水流数值模拟模型;通过临界水力梯度法,关于水平定向钻穿堤管线工程中引起芡河河堤发生渗透破坏的风险性,进行了定量分析与研究。通过计算可知,洪水条件下河床被冲刷而发生渗流破坏的风险性很小,在河底不会产生渗透破坏。     

白鹤滩水电工程左岸玄武岩层间错动带渗透破坏预测与防治模拟

金沙江白鹤滩水电工程坝区发育有数条规模较大的、对工程有直接影响的玄武岩层间错动带。错动带内充填碎屑夹泥,当大坝建成蓄水之后,在高水头差下容易发生渗透破坏,可能影响坝区水工建筑物运行的安全和稳定。针对厂坝区的地形地貌、地质结构、大坝水工建筑物和防渗排水系统的设计布置特点,建立了坝区左岸三维有限元精细模型。并采用插值拟合的方法确定特定断面边界的地下水位,计算模拟了运行期白鹤滩电站左岸坝区渗流场的变化规律和水力梯度场的分布,并结合在现场开展的错动带的渗透破坏试验数据,确定了错动带的允许水力梯度,评价错动带内渗透破坏的可能性。研究结果表明:现有的渗控措施在坝区形成了明显的降落漏斗,地下厂区防渗排水系统效果良好,渗压得到了有效控制。然而C2错动带内部分区域的水力梯度超过允许水力梯度,可能会发生渗透破坏。提出设置截渗洞和加强帷幕的防治措施,并模拟验证了这一措施可以较好地截断渗漏通道,保障厂房安全稳定运行。     

某水库坝基渗透稳定性研究

某拟建高为22 m的混凝土重力坝坐落于第四系冰水堆积层之上。在大坝上下游水头差的作用下,产生库水渗漏。库水的大量漏失,不但可能使大坝蓄水达不到设计高程而影响工程效益,而且,水流的渗透作用还会导致地基岩（土）体的恶化,产生渗透破坏,影响大坝本身的安全。在现场调查基础上,用数值模拟方法评价了该水库在库内设置175 m长铺盖条件下的渗漏问题,计算了水库的渗流量、大坝基底的水力坡度。因其量值较大,必须在渗流出口处采取反滤层等工程措施,给相关部门提供设计依据和决策参考。     

基于三维渗流模拟的坝基渗漏和渗透稳定分析——以哇沿水库为例

水库坝基渗漏不但损失水库蓄水量,更重要的会引起大坝渗透变形失去稳定。应用三维地下水流数值模拟计算坝基渗漏量和分析渗透稳定,较好地解决了周边与底面边界的不规则问题和垂向上地层的非均质问题,提高了计算精度。以青海省哇沿水库为例,在充分分析水库坝基水文地质条件的基础上,建立了坝基渗漏三维地下水流数值模型,模拟了设置不同深度防渗墙时的渗漏量和坝后出溢段水力坡度。评价了大坝的渗透稳定性,为防止哇沿水库发生渗透变形,设置防渗墙深度应大于50m。当防渗墙深度为50m时,水库渗漏量为12 012m~3/d。     

断层影响下的页岩气储层水力压裂模拟研究

断层对页岩气储层压裂改造有重要影响,甚至诱发深部地震事件和近地表环境问题。本文采用多物理场耦合方法,基于渗流和应力耦合理论,研究储层水力压裂过程中断层以及封闭顶板中水力破坏区域的产生与演化机理,并分析讨论流体沿高渗通道运移扩散机理,研究结果表明:(1)断层改变储层水力破坏区域形态并且扩展了水力压裂破坏空间。较高注水压力使储层水力破坏区域扩大到封闭顶板和底板,水力破坏区域受断层影响而沿着断层带快速发育延伸。高注水压力导致断层水力压裂破坏高度急剧增加,储层封闭性发生改变。(2)在页岩储层高风险地质构造和较高注水压力条件下,水力压裂作业产生岩石破裂和裂缝局部活化诱发的微地震事件,但难以导致破坏性地震事件,多属于断层或较大断裂局部区域产生的水力耦合破坏及可能诱发的较小地震事件。(3)水力破坏区域贯通到断层带内诱发流体沿断层带迁移,断层带的渗透率较高,水力破坏区域与上部高渗透岩层贯通会加快流体的逃逸速度,增大压裂液污染上部地层的风险,导致压裂效率降低,影响储层压裂改造,降低了页岩气开发价值。     

板桥河左岸堤防渗透破坏风险分析

以板桥河左岸堤防加固工程为背景,提出了一条基于确定性渗流有限元进行堤防渗透破坏风险分析的途径,并对板桥河堤防渗透破坏风险进行了分析研究,根据分析结果对堤防渗透稳定性进行了评价。所采用研究方法发挥了有限元的优点,能够模拟堤防场地土层实际分布情况,较准确地计算洪水位下运行堤防背水面水力坡降。根据“端点组合-单调性法”理论和“3?”法则,通过1995年堤防典型破圩实例建立起整个堤防的抗渗临界水力坡降、渗透破坏风险率的临界值以及堤防汛期防渗的警戒水位,对整个板桥河堤防渗透稳定性评价工作具有非常重要的意义,其分析方法以及研究思路可供同类堤防工程的渗透稳定性评价工作借鉴。     

极限保土状态下的反滤机制试验研究

提出了反滤系统极限保土状态的概念,分别采用4种不同孔径的钢丝编织网进行粉土反滤试验,研究反滤系统的极限保土状态。试验表明,当滤网孔径O和粉土特征粒径d85的比值等于12时,反滤系统才达到极限保土状态。极限保土状态下的反滤系统,在淹没式出流条件下,经往复水流作用26 h后改为单向水流,水力梯度从3.8逐渐增加到9.1,并在9.1的水力梯度下持续渗透453.25 h,反滤系统仍保持稳定,未发生失稳破坏;在非淹没式出流条件下,水力梯度从5.3逐渐增加到12.7期间,反滤系统保持稳定,但在维持12.7的水力梯度下持续渗透261.83 h后,反滤系统发生失稳破坏。对极限保土状态的研究有助于工程设计中更加合理地确定织物滤层孔径上限,减少淤堵。     

黄河下游断流对沿岸地下水形成与开发的影响

黄河下游河段断流对沿黄地区生态环境影响严重。以1999年为基准年,利用黄河下游侧渗补给影响带地下水系统模拟模型研究了黄河断流对黄河侧渗量及地下水循环的影响。花园口-河口断流300d,黄河侧渗量减少53.8%。夹河滩-河口全年断流,黄河侧渗量减少75.2%;断流300d,黄河侧渗量减少46.3%。泺口-河口全年断流,黄河侧渗量减少25.1%;断流300d,黄河侧渗量减少19.8%。利津-河口全年断流,黄河侧渗量减少4.7%。断流对黄河侧渗补给影响带地下水流场的形态影响较小,浅层地下水系统边界的水力性质没有改变。断流对黄河下游傍河水源地开采动态水位影响较大,但宏观上对侧渗补给影响带地下水资源不会产生较大影响。     

Effect of no-flow in the Lower Yellow River on groundwater formation and usage in areas along the banks

Frequent flow cutoff has a serious effect on the eco-environment of the region along the Lower Yellow River. The authors study the impact on lateral seepage quantity and groundwater cycling caused by cutoff of the Yellow River and compare it with that of the year 1999 through the numerical simulation model of groundwater flow system of the affected zone. The lateral seepage quantity decreased 53.8% on flow cutoff stage from Huayuankou to the river entrance and breaking time of 300 d. The lateral seepage quantity will decrease 46.3% if flow cutoff is from Jiahetan to the river entrance and breaking time is 300 d, and it will decrease 75.2% if flow cutoff occurs throughout the year. The lateral seepage quantity will decrease 19.8% if flow cutoff is from Luokou to the river entrance and breaking time is 300 d, and it will decrease 25.1% if flow cutoff occurs throughout the year. The lateral seepage quantity will decrease 4.7% if flow cutoff is from Lijin to the river entrance and flow cutoff occurs throughout the year. Flow cutoff of the Yellow River has a minor effect on the shape of groundwater flow domain of the affected zone. Thus, the boundary condition of the shallow groundwater system will not change. Although flow cutoff has a major influence on the riverside source fields in the Lower Yellow River, it will not have a significant effect on groundwater resources macroscopically in the affected zone of the Yellow River due to its large storage capacity. __________ Translated from Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 2007, 37(5): 937–942 [译自: 吉林大学学报(地球科学版)]     

黄河下游断流对傍河水源地影响的研究

保持黄河不断流是傍河水源地存在的必要条件,黄河频繁的断流威胁傍河开采水源地的稳定性。本文建立了黄河下游影响带地下水系统模拟模型,模拟预测黄河下游在断流和恢复过流条件下,傍河开采时黄河侧渗量的变化趋势及傍河开采水源地地下水的演变趋势。研究表明:断流条件下,因傍河水源地开采而激发的黄河侧渗补给量增加幅度达28．4％-126．4％;小浪底水库运行对于傍河水源地实现稳定开采具有重要意义。     

隧道突涌水机制与渗透破坏灾变过程模拟研究

针对岩体渐进破坏和充填体渗透失稳两种典型突涌水灾害,阐述了动力扰动、开挖卸荷与高水压三者联合作用下岩体渐进破裂机制,以及高渗透压作用下充填体“变强度-变渗透性-变黏度”的渗透破坏机制。针对渗透破坏突涌水的变黏度机制,采用DEM-CFD耦合计算方法,开展了流体黏度对渗透破坏机制影响的定性模拟研究,分析了流体黏度对平均接触力、流量（流速）、孔隙率、颗粒运移过程、运移轨迹以及临界水力梯度的影响规律。结果表明,低黏度条件下的临界水力梯度比高黏度条件下的要小,换言之,低黏度条件下充填体更容易发生渗透破坏;平均接触力对水力梯度临界值的响应最为敏感,而流量难以准确反映该信息。从渗透破坏突涌水的变黏度机制这单一角度出发（不考虑渗透性增大的影响）,随着黏性介质流入水体,流体黏度会增大,但流动速度会降低,两者共同作用下反而阻碍了渗透破坏过程的发展。最后,采用DEM-CFD计算方法,对工程尺度突涌水过程进行了模拟,再现了突涌水优势通道的形成与扩展过程,并指出了实现突涌水灾变机制模拟所需解决的参数选取与定量分析难题。     

砂性土细颗粒起动临界水力坡降计算方法

地下水渗流作用下内部不稳定砂性土将发生潜蚀现象,潜蚀作用引起的土体渗透破坏会对土工建筑物或地基造成不良影响。考虑土体有效应力和细颗粒应力折减,建立渗流场中细颗粒受力模型,根据极限受力平衡状态得到潜蚀过程中砂性土细颗粒起动临界水力坡降计算公式,并通过DEM-CFD耦合方法以及现有试验数据进行验证。结果表明：砂性土中细颗粒以滚动方式起动,起动临界水力坡降受渗流水流、土体特性以及颗粒自身特性共同影响;砂性土表层细颗粒起动临界水力坡降受埋深影响较大,埋深1 cm的细颗粒最高、最低起动临界水力坡降相差10.169%,埋深10 cm时差异减少至1.061%。该计算方法与数值模拟和渗流试验结果的最大标准误差分别为6.038%、11.211%,可以较为准确地预测砂性土细颗粒起动临界水力坡降。     

广西平南赤泥堆场地下水渗流特性试验研究

渗漏污染是建干岩溶地区赤泥堆场的主要环境工程地质问题。解决这一问题的关键是通过查明地下水的渗流特性，从而确定其渗漏通道。试验研究表明，堆场内各水点之间、堆场与外部各水点存在一定的水力联系，其流速受季节影响，在枯水期较为缓慢；地下水流向主要取决于地下暗河的走向；堆场区地下水流向总体是自堆场向北流向右江，局部地下水的流向受构造和岩溶裂隙控制；岩溶管道是渗流的主要通道。因此，存在因赤泥渗流污染居民生产与生活水源地的可能，污染物的扩散途径主要是岩溶通道。     

地下水位变化对透—阻型岩溶塌陷影响的分析

文章从一维地下水运动和渗透力学的角度,分析比较潜水位上升与承压水位下降对岩溶地区透—阻型盖层中阻水层渗透稳定性的影响,重点讨论了承压水位下降速度(降速)与下降深度（降深）对阻水层中渗透坡降的影响,结果表明:地下水位变化（潜水位上升或承压水位下降）产生的非稳定渗流不利于岩溶洞穴开口上方阻水层的稳定,承压水位的下降对岩溶开口附近处阻水层中渗透力的影响远大于潜水位的变化;在承压层水位最大降深确定的条件下,承压水位下降速度愈快,岩溶开口附近处阻水层中向下渗透力愈大。因此,在覆盖型岩溶地区抽取地下水时,为了减缓或避免覆盖型塌陷的发生,应同时控制好最大降深和最大开采速度。      

Numerical modeling the role of rubber dams on groundwater recharge and phreatic evaporation loss in riparian zones

Rubber dams have been widely built for their advantages in increase of flooding resources utilization in the north arid and semiarid plain regions of China. Rise in river water stage by the dams, particularly during the drought periods, increases lateral seepage of river water into groundwater, and thus groundwater table and phreatic evaporation loss in the riparian zones. In this study, a riparian area of the Baihe River in Nanyang of Henan Province, China was selected for investigation of influences of the river dams on the groundwater recharge and evaporation loss. A hydraulic model, HEC-RAS, was used for simulation of the river stage variations along the Baihe River, and a numerical groundwater model, MODFLOW, was applied for simulation of groundwater dynamics and estimation of river flow seepage into aquifer and evaporation loss. The results show that the dams increase river stages of 2–3 m during January 2000–December 2002. The increase in the captured groundwater recharge was 7.15–34.06 million m³/a and the increased phreatic evaporation loss occupies 10% of the increased recharge when four rubber dams were built.     

赣江新干航电枢纽左库岸地下水浸没控制效果研究

开展二元结构库岸渗控措施研究对于灾害区域地下水资源管理和浸没控制工程的布置具有重要意义。文章以赣江新干航电枢纽工程库区左岸为研究对象,基于区域地下水流动态数值模拟与预测技术,构建地下水三维非稳定流有限元渗流模型,开展水库蓄水后库区地下水浸没动态评价和基于工程组合措施（防渗墙、减压井和抬田）的浸没控制效果对比研究。结果表明:无工程控制措施工况下,水库蓄水三年内库区左岸沿江区域和岸内地势低洼地带会发生较严重的渗漏型浸没;通过联合布设防渗墙、减压井和抬田工程等控制措施,能够有效地将浸没范围控制在堤防工程范围以内;在有防渗墙的截渗作用下,减压井排渍水位是地下水浸没控制的最敏感的参数。渗控工程的建议布置参数:防渗墙渗透系数为17.28×10-3 m/d,减压井间距设置为30 m,排渍水位29 m,减压井距防渗墙的距离为30 m,并在堤内低洼地带进行抬田复垦。本次研究结果可为水库蓄水前期渗控方案的布置提供应用技术支持。