极端条件下心墙泥浆料的渗透反滤试验研究

高土石心墙坝的渗透稳定性在很大程度上依赖于反滤层对心墙料的反滤保护作用。心墙在大坝蓄水和长期运行的条件下,要经历复杂的填筑加载、浸水饱和与水荷载的作用,在差异沉降、复杂结构应力作用、水力劈裂和渗透水流作用下,心墙一旦出现裂缝,其渗透稳定性及反滤层的保护作用就将面临严峻的考验。针对这一问题,设计了专门非常规的抛填土料反滤试验和泥浆渗透反滤试验,模拟心墙裂缝条件下其颗粒被冲刷起动后,被反滤料阻挡和淤积过程。试验结果表明,心墙料和反滤料满足反滤准则条件下,心墙颗粒被拦截和淤积在反滤层上游表面,反滤料能有效防止心墙颗粒的流失,反滤层在极端条件下对心墙料仍能起到有效的反滤保护作用。     

多功能水合物沉积物三轴试验系统的研制与应用

研制了新型多功能水合物沉积物三轴试验系统,系统由供-排气模块、应力加载模块、温控模块、数据采集模块和辅助模块组成。利用泵驱动高压液体施加围压和轴压,加载方式有恒压、恒流、梯度增压、跟踪气压模式,可以实现不同条件下的水合物合成、三轴剪切。围压跟踪气压的功能使水合物生成过程中净围压不变,保证了试样初始条件一致性。根据围压液体积变化测量试样体积变形,通过设置回压泵压力变化方式控制水合物气压,可以模拟不同降压速率条件下的水合物沉积物分解变形。以泥质粉细砂和二氧化碳为材料制作了三轴试样,进行了水合物合成、三轴剪切和降压分解试验,检验了仪器的可靠性。     

土−水特征曲线测量过程中孔隙分布的演化规律探讨

测量了在宽广吸力范围内原状样和压实样的脱湿持水曲线,对比分析了单双峰结构持水性能的差异;并利用压汞试验测试两种土样在脱湿过程的孔隙分布,分析了两者的差异并探讨了脱湿过程孔隙的演化规律;在考虑收缩变形的基础上,基于孔隙分布曲线确定了土?水特征曲线的基本参数。试验结果表明：原状样在宽广吸力范围内基本上呈单峰孔隙结构;饱和压实样具有单峰孔隙结构,随着吸力的增加,双峰结构越来越明显,当吸力达到很大时,演化成完全双峰孔隙结构。原状样的持水曲线为经典的S形,而压实样的持水曲线在过渡段出现了水平台阶状;低吸力段,压实样的持水曲线低于原状样,而高吸力段,两者的持水曲线基本重合。基于孔隙分布曲线确定了控制持水曲线进气值和残余值的孔径,并计算出对应的吸力值,其值更符合实际物理意义。     

筋土界面特性宏细观分析试验仪器研制与应用

为了更全面地分析筋土界面相互作用特性,改制了一台可视加筋土界面特性宏细观分析的试验仪器,可开展不同土工合成材料与填料的直剪和拉拔试验;该仪器改进了试验箱的尺寸,可方便两种试验的对比分析,增加了图像摄录系统,可进行试验过程的细观分析。使用新研制仪器分别进行了土工合成材料（土工格栅和土工布）加筋尾矿砂的直剪和拉拔试验,试验结果表明:两种试验条件下,土工格栅与尾矿的界面参数（似黏聚力和似摩擦角）及似摩擦系数均比土工布与尾矿的界面参数和似摩擦系数大;直剪试验下筋材网孔的有无对筋-尾矿界面参数均有较大影响,拉拔试验下筋材网孔有无对筋-尾矿界面参数似黏聚力的影响较为显著,对似摩擦角的影响较小。随着宏观变量法向应力的增加,细观参数孔隙率减小,平均接触数增加,反映在宏观上的现象就是填料颗粒被压密,筋材需要克服的阻力增大。该试验仪器能够较好地分析筋土界面宏细观特性,获得关键技术指标以用于加筋结构的设计。      

典型黄土-古土壤系列浸水渗透及湿陷变形规律

为查明典型黄土-古土壤系列地层结构的水分运移及湿陷变形规律,依托西安北至机场城际轨道项目于渭北黄土塬区所进行的大型试坑浸水试验,采用现场实时观测的方法,跟踪测试了无渗水孔条件下的湿陷性土层浸水渗透及湿陷变形。结果表明:在浸水前期,渗透水流以垂直运动为主,整体形态似一不断加大的“秤砣”形,随着水分运移至埋深较大土层时（约15.0 m）,水平运动开始加大,直至达到水分入渗扩散角界限,最终,浸润区及饱和区均呈现形似倒置“漏斗”的形态;受水分扩散的影响,沉降过程可划分为:初始浸水段-剧烈湿陷段-湿陷稳定段-停水孔压消散段-固结沉降段-沉降稳定段;古土壤层阻碍了水分的垂直渗透速度,并对其上土层的侧向扩散起到一定促进作用,停水后,则起到隔绝水分向下快速扩散的作用。研究结果为认识典型黄土-古土壤系列场地水分运移及湿陷变形规律提供了参考,也可为该地区未来工程建设提供指导及借鉴。      

岩溶水硝酸盐污染原位修复试验

岩溶含水层的极不均一性特征使岩溶水溶质运移受构造、裂隙空间及其发育方向控制;因环境条件复杂,开展岩溶水污染原位修复技术难度较大,截止目前,国内尚未系统地开展岩溶含水层水污染原位修复研究工作。文章选择鲁中南山区典型岩溶发育及硝酸盐污染地段,施工组合钻孔建设修复试验工程,采用“乙醇+葡萄糖”液态碳源和“聚乙烯醇+淀粉颗粒”固态反应器分别进行岩溶水硝酸盐污染原位修复试验。结果表明:浓度500 mg?L－1、1 000 mg?L－1的“乙醇+葡萄糖”反硝化溶液对硝酸盐浓度的降解率分别为6.45 %和21.52 %;单位长度组成材料“聚乙烯醇3 kg+淀粉颗粒3 kg”、“聚乙烯醇2 kg+淀粉颗粒4 kg”的两种反硝化固态反应器对硝酸盐浓度的降解率分为33.91%和34.96%。试验证明在裂隙型岩溶地区采用孔组方案进行地下水污染原位修复技术可行、且能取得较显著效果。修复工程布设方式和试验成果对类似地区开展岩溶地下水污染原位修复具一定借鉴意义。      

挑坎体型对下游雾化影响的试验研究

以解决挑流消能工在泄洪期间为提高消能率而加重下游雾化问题为目标,探究不同体型挑坎的下游雾化特性。通过水力学模型试验,对典型的非对称舌型坎、标准舌型坎、扭面贴坎和连续坎的下游水舌风分布、下游溅水雨强和不同液滴体积分布以及挑流水舌水力特性与冲刷特性进行了研究。研究表明:①各种工况下,非对称舌型坎、标准舌型坎、扭面贴坎的下游水舌风风速均大于连续坎。②对于非对称舌型坎,其溢洪道轴线左侧溅水强度大于右侧,其雨强左右两侧峰值差值最大为5.625 g/(m 2·min);对于扭面贴坎,其溢洪道轴线右侧溅水强度更大,其雨强左右两侧峰值差值最大为45.125 g/(m 2·min)。③随着距离水舌入水点长度增大,大粒径水滴数量和体积占比均剧烈下降;连续坎和舌型坎的挑宽均随着角度的增加而增加;冲坑深度随着角度的减小而增大。④在挑坎合适边墙侧设置扭面贴角能改善下游雾化危害,同时适当增加挑角可以减弱下游冲刷破坏。     

西南某岩溶区地下水系统示踪试验与解析

以西南某典型岩溶区为例,解析示踪试验在岩溶管道连通性以及获取水文地质参数中的应用。选择落水洞为投放点,分别从落水洞西侧和东侧寻找地下水出露点作为接收点,判别落水洞地下径流的实际去向以及落水洞与接收点之间的水力联系。结合Qtracer2软件对示踪试验成果进行定量解析,确定示踪剂回收率、地下水平均流速、最快流速,估算出岩溶管道结构特征和水文地质参数。结果表明:落水洞与接收点JS01、JS03之间不存在直接水力联系;落水洞与接收点JS02存在水力联系且岩溶管道极为发育,含水介质不均匀,地下水运移路径较为通畅,为典型的紊流流态;落水洞地下径流的主要方向是由西向东,但在丰水期雨量较大期间,接收点JS04能够接收到荧光素钠,说明丰水期水位上涨后两者间会有水力联系,导致部分水量向落水洞西侧排泄。     

淋滤固结对尾矿砂土作用试验分析

以云南卡房尾矿库为背景,采用单一变量原则,通过淋滤试验,对淋滤过程中淋滤时间,淋滤量以及淋滤液成分控制分析,研究淋滤固结对尾矿砂土固结的影响,得出:在一定范围,尾矿砂土的淋滤固结程度及其抗剪强度指标与淋滤时间及淋滤流量呈正相关,与淋滤液的化学成分也存在一定关系;自重固结作用下的最终沉降量远小于淋滤固结作用下的沉降量,尾粉砂前者沉降量较后者小近80%,尾粉土前者沉降量较后者小约83%,尾粉砂前者的黏聚力、内摩擦角值较后者分别小约37.8%、15.1%,尾粉土前者的黏聚力及内摩擦角值较后者分别小约29.8%、4.8%。     

内衬式高压储气库群布局参数优化及稳定性分析

内衬式岩洞高压储气库兼具抽取率高、循环能力强,且能承受更高的内压力等优点,克服了传统压缩空气储能系统的诸多缺陷,是一种应用前景广阔的储能方式。论文以洞室埋深、内径和间距等3个最主要的储气库布局参数为影响因素,采用ABAQUS有限元软件基于正交试验设计模拟工况,以关键点的位移和塑性区面积作为评价指标,通过单因素试验研究了洞室间距、埋深及内径对围岩变形和稳定性的影响规律,提出了洞室群优化布局建议。研究表明:洞室埋深是影响储气库围岩变形和塑性区面积的最显著因素,其次为洞距和洞径;随着埋深的增大洞室围岩塑性区的发育区域得到有效的抑制,且塑性区主要分布于洞室顶部;增大洞距可有效削弱高内压对围岩的启裂效应;衬砌的最大拉应力主要分布在结构的顶部和底部,增大埋深或减小高径比都有助于提高衬砌的稳定性;综合分析表明储气库群的最优布局方案为埋深400 m、内径42 m、间距60 m。研究成果为内衬式高压储气库群的优化布局和稳定性评价提供了参考依据。