斜孔虹吸排水管内泥沙起动流速方程的推导及应用

边坡虹吸排水是一种新型的坡体排水措施,具有建设费用低、施工速度快等优点,能有效降低坡体的地下水位。对于滑体厚度较大的边坡,可以采用斜孔虹吸方法排出深部地下水。为保证虹吸过程的长期稳定,虹吸管一般采用4 mm内径。鉴于边坡虹吸排水具有间歇性特征,保障管内泥沙尤其是较大粒径的泥沙颗粒能随水流顺利排出是虹吸排水系统工作的基础。论文针对斜孔虹吸排水管中粒径为0.5～1 mm的较大颗粒泥沙的起动进行了研究,分析了泥沙颗粒在虹吸斜管水流中的受力状态并建立了起动模型。应用起动概率理论,对泥沙颗粒的粒径分布进行了分析,推导获得了倾斜虹吸管中大颗粒泥沙的起动流速方程,与经典解析公式及物理模型试验结果进行对比验证了其准确性。并进一步对得到的起动流速方程在实际虹吸排水工程中的应用做了分析与展望。     

边坡虹吸排水孔间距研究

虹吸排水是一种免动力并能够实时排除坡体深部地下水的有效措施,通过合理布置虹吸排水孔群可以显著降低地下水位并较大程度地增强边坡的稳定性。将井群孔降水与倾斜排水的排水效率相结合,引入排水拦截比λ,给出排水拦截比与排水孔水平间距之间的关系,可以得到不同排水孔布设间距对虹吸排水效果的影响。在实际计算中可以根据工程要求确定拦截比,并求出相应的井孔间距,为实际工程的设计提供相关依据。通过物理模拟试验探究排水孔在地下水位以下部分孔长对排水效果的影响,表明地下水位以下部分孔长与排水拦截比呈线性关系。     

软岩隧道围岩变形季节性特征与防控措施研究∗

以香丽高速洼里别隧道为依托,通过隧道围岩变形监测结果,分析了炭质板岩隧道围岩变形与季节性降雨之间的关系,研究了围岩旱季和雨季隧道施工围岩变形差异的原因,提出隧道围岩大变形防控措施.结果 表明,受季节性降雨的影响,洼里别隧道围岩变形呈现出一定的季节性特征,较于旱季时期,雨季施工时围岩变形呈现出变形量大且变形速率快的特点;围岩大变形因围岩条件、地下水及施工原因共同影响产生,而炭质板岩的软化性、崩解性及其岩层倾角是引发围岩大变形的内因,地下水则是造成围岩变形呈现出季节性特征的主要原因.最后,基于三个主要影响因素,提出适用于洼里别隧道的围岩变形防控措施,采用控制措施后,现场施工效果良好.     

卫生填埋场防渗层工作性能的数值模型研究

粘土衬垫的防渗性能和吸附阻滞性能对卫生填埋场防渗系统工作性能有着重要影响。通过建立一维对流-弥散模型,分析了渗透系数、扩散系数、入渗强度、吸附能力对渗漏量及衬垫击穿时间的影响。考虑实际工程的复杂性,建立能反映土体分层、土体非均质性、地下水运动及宏观弥散等复杂因素影响的污染物运移二维分析模型,并对各参数的敏感性进行分析。计算结果表明,保持填埋场在低渗滤液水位下运行,对提高衬垫的防渗效果及耐久性有重要意义;受材料本身性质、施工质量等因素的影响,粘土衬垫的渗透系数变异性往往较大,渗透系数提高一个数量级时,衬垫击穿时间显著缩短;渗透系数恒定时,衬垫击穿时间与材料阻滞因子成线性变化关系;地下水分布及运动情况对污染物运移及分布有重要影响,地下水位越低,竖向入渗越明显,入渗区下部土体的吸附性能发挥越充分,到达地下水及下部土体的污染物浓度越低。     

渗流场对地铁隧道沉降与受力影响的流固耦合分析

地下水问题是富水地层地下结构设计与施工中普遍存在的问题。为探讨地下水流动对软岩地铁隧道的稳定性及衬砌支护受力的影响,根据流固耦合理论,采用三维快速拉格朗日有限差分方法,在不同地下水位及排水边界条件下,对开挖后洞室周边场地位移、应力场、孔隙水压力的分布情况进行了综合分析。结果显示,由渗流引起的渗透力一定程度上会增加隧道周边场地变形及衬砌应力。从围岩-支护结构共同作用的原理出发,验证了隧道开挖与支护结构设计时需要考虑渗流效应,反映了地下水确实对隧道稳定性有着重要影响。     

降雨入渗条件下内河航道岸坡稳定性分析

降雨入渗是引起内河航道岸坡失稳的重要因素。目前降雨入渗条件下岸坡稳定性数值分析中,关于岸坡竖向剖面的饱和度与孔压分布规律,主要针对不同的雨型分布开展研究,而不同的降雨强度、降雨历时和土体饱和渗透系数也会显著影响饱和度与孔压随深度的分布,从而影响岸坡的稳定性;降雨作用下的许多岸坡失稳现象发生在降雨停止后的某一时刻,目前鲜见针对降雨作用停止后岸坡稳定性变化规律的数值模拟研究;当降雨强度与岸坡土体饱和渗透系数较为接近时,对岸坡的稳定性最为不利,已有研究中没有结合降雨强度考虑土体饱和渗透系数变化对岸坡稳定性的影响。基于此,通过建立ABAQUS有限元数值模型,分析降雨作用对岸坡饱和度、孔隙水压力、位移变形和安全系数的影响。结果表明:降雨入渗会使岸坡浅层土体的饱和度与孔压急剧升高;雨水渗流及基质吸力会使岸坡土体产生变形,强降雨会使浅层土体发生严重塑性破坏;降雨强度一定时,随着降雨时长增加,岸坡稳定性降低,土体渗透系数较小时,岸坡安全系数最小值出现在降雨结束后某一时刻;土体渗透系数对于岸坡稳定性的影响需同降雨强度结合起来考虑。     

多年冻土隧道围岩冻融圈回冻和融沉演化规律研究

以共和至玉树公路的姜路岭公路隧道为依托,开展隧道不同冻土段围岩冻融圈的演化规律及各因素对隧道不同冻土段围岩冻融圈的影响规律研究。结果表明:工况不变,随时间持续,冻融圈深度随之增大;围岩开挖后喷射混凝土支护,延迟1 d施作,则冻融圈深度增大约10 cm。喷射混凝土施作越迟,围岩的的冻融圈深度越大。在隧道运营期间,隧道非冻土段的围岩在外界气温荷载作用下将冻结,且冻结深度随着年份增加而增大,100年后可达26 m。     

富水区隧道合理防排水型式及注浆加固参数研究

以在建的某近接水库公路隧道为工程依托,建立其渗流场和应力场的双场流固耦合计算模型;选取3种不同的防排水型式为研究对象,对注浆圈厚度、注浆圈渗透系数、控制排水量等因素对隧道内排水量和衬砌外水压力的影响规律进行探究,提出了合理的注浆圈加固参数、控制性排水量以及最优的防排水方式等。研究结果表明:增大注浆圈厚度或降低注浆圈渗透系数均能实现减小衬砌外水压力的目的,但并不意味着注浆圈厚度越厚、渗透系数越低,对隧道涌水量的控制效果就越好,而是存在一个相对经济合理的注浆圈加固参数值;隧道控制排水量以及排水型式对于控制衬砌结构外水压力的大小起到决定性的作用;采用环向排水管及盲管+墙脚设泄水孔的排水型式,这对衬砌结构受力最为有利。     

非饱和土层厚度与充气压力对截排水效果的影响

气驱水理论以及非饱和渗流理论已经在许多领域中得到广泛的应用,而将其应用于边坡防治领域则较少。通过向坡体后缘充入有压气体,可排除坡体中的部分地下水,形成非饱和土层,从而阻断或减小地下水流向下游潜在滑坡区,降低潜在滑坡区地下水位,提高边坡稳定性。多孔介质中气驱水理论属于多相流问题,采用有限元方法模拟研究了不同非饱和土层厚度边坡在允许充气压力下对截排水效果及地下水渗流场的影响。结果表明:地下水水层厚度和水头一定时,非饱和土层厚度越大,临界压力值越大,充气压力上限值越大,允许充气压力范围越大;坡体非饱和土层厚度一定,充气压力在允许范围内越大,截排水效果越好;截排水技术更适用于地下水埋深较浅的坡体;充气稳定后,充气区上游流速分布不均匀,充气区水流流速大幅下降,且相同充气压下非饱和土层厚度越小的坡体稳定后流速越小,充气区下游水位下降,水位线以下流速几乎不受充气和非饱和土层厚度的影响。     

极高地应力软岩稳定性指标优先级及多因素耦合分级∗

极高地应力隧道工程设计施工除了考虑地质构造作用极其强烈以外,强度应力比、地下水、膨胀应力、结构面产状等因素对围岩稳定性的影响也必须考虑,同时隧道轴线与最大应力主方向夹角、隧道断面及面积、岩层厚度及倾角等因素也非常重要。以《工程岩体分级标准》为基础,提出一种极高地应力复杂软岩隧道围岩稳定性因素优先级分析思路,并采用熵权法形成多主因素耦合、次因素修正的围岩分级方法。现场实践表明分级结果与现场施工状态吻合较好,进一步对另两座隧道使用本方法进行验证。结果表明,现行规范中围岩分级因素和方法不适用极高地应力情况,且和影响因素优先级加多因素耦合修正 BQ 值的围岩分级方法结果相差 10% 左右,原因是对极高地应力软岩稳定性影响因素考虑不全面。这种围岩稳定性分级方法具有较好的适用性,且耦合时使用熵权法原理使得结果更加偏向于定量计算,减少了人为因素干扰,结果更加客观真实。     

卸荷时间对圆形巷道围岩开裂及径向应力波传播影响的数值模拟

采用提出的连续-非连续方法,研究了卸荷时间(卸荷快慢)对圆形巷道围岩开裂、径向应力波传播及围岩径向应力随时间演变规律的影响。该方法借鉴了拉格朗日元法、变形体离散元法及虚拟裂纹模型的思想。首先,研究了卸荷时间对围岩开裂的影响;然后,研究了卸荷时间对径向应力波传播的影响;最后,研究了卸荷时间对围岩径向应力随时间演变规律的影响。结果表明:卸荷越快,围岩中产生的裂纹越多,最大不平衡力越大,波动越剧烈。增加卸荷时间,开挖边界附近的开裂位置由连续分布向间隔分布转变:当卸荷时间较短时,开挖边界附近围岩呈现连续分布的开裂形态,与这些位置的最大主应力均超过抗拉强度引起拉裂有关;当卸荷时间适中时,围岩呈现出与V形坑类似的开裂形态,可能与这些位置存在剪应力有关。卸荷越快,处于扰动区(径向压应力下降区)内的应力环越多,越清晰,围岩径向应力波动越剧烈,所达到的最大径向拉应力越大或最小径向压应力越小。     

碎石土边坡破坏机理的敏感性分析

在碎石土类边坡中常常发育稳定的地下水管网排泄系统,它们对控制地下水水位上升,保持边坡稳定十分重要。以官家滑坡为例,通过对滑坡稳定性系数有关的各因素敏感性分析,发现地下水是影响边坡变形破坏以及复发破坏的最主要因素。当坡脚开挖或坡体堆载时,会破坏管道状地下水排泄系统,降雨入渗导致地下水水位升高,从而引起坡体内孔隙压力比、水头高度和水力坡度增大,使潜在滑面上的孔隙水压升高,影响碎石土边坡的稳定性；同时,地下水位的升高降低了土体的内摩擦角,而因素敏感性分析发现,内摩擦角对边坡失稳具有极其重要的影响。在官家滑坡的后期治理中,治水作为主要工程措施的理念已经得到很好的贯彻,效果十分明显。     

基于浅层地热能的寒区隧道排水沟-保温防冻可行性研究

寒区隧道冻害问题严重影响隧道的正常运营和结构安全。以西宁—成都高速铁路寒区特长隧道洞口排水沟的保温为背景,首先使用COMSOL有限元软件建立了寒区隧道水沟保温的二维分析模型,结合西宁气象数据分析洞口排水沟保温的供暖负荷;然后考虑将热交换管埋设在仰拱中利用浅层地热能,建立三维模型对隧道仰拱埋管换热器进行设计,并对埋管间距、进水温度、围岩导热系数等进行参数分析。研究结果表明,一定条件下,能源隧道可用于寒区隧道洞口排水沟的保温和防冻。     

唐山市地震影响系数分布研究

地震影响系数是构建地震反应谱的最重要参数之一,也是抗震房屋设计和减灾的基础,唐山市地震影响系数的分布受到场地条件、基岩条件和特殊地质现象等诸多因素的共同影响。通过分析唐山市地震影响系数分布的主要影响因素,得到影响唐山市地震影响系数分布的主要指标。考虑各指标与地震影响系数之间的非线性关联关系,应用人工神经网络方法构建了唐山市地震影响系数分布预测模型。根据实际资料,确定了模型的参数和多个系数矩阵,计算和分析了综合考虑场地和基岩等诸多条件的唐山市地震影响系数分布,并对唐山市的抗震设防规划提出了几点建议。     

锅炉脱硫系统烟气换热器堵塞故障分析及处理

抗滑桩在滑坡治理中应用得比较广泛,确保抗滑桩的耐久性至关重要,抗滑桩混凝土中性化程度是影响其耐久性的重要因素。通过酸雨侵蚀与应力耦合作用下的模型试验,探讨了混凝土受酸雨侵蚀后强度和中性化深度的变化情况。分析结果显示:在酸雨侵蚀作用下,抗滑桩混凝土抗压强度先增大,然后逐渐减小;应力作用下,抗滑桩混凝土中性化深度与无应力时有很大区别,弯曲拉应力作用下的混凝土中性化深度大于无应力状态下的中性化深度,弯曲压应力下的中性化深度小于无应力下的中性化深度,应力水平的大小将影响到中性化深度的大小。     

水平排水孔地下水位线附近淤堵机理分析

水平排水孔作为滑坡治理中最广泛应用的排水技术,其淤堵问题严重影响使用寿命与效益。机械淤堵是水平排水孔的主要淤堵形式,尤其是水平排水孔地下水位线附近淤堵作用强烈。通过模型试验探究仰角、间歇性排水、回渗等因素对水平排水孔淤堵的影响,根据模型试验结果分析水平排水孔在地下水位线附近的淤堵机理。结果表明:水平排水孔的淤堵位置与渗流路径有关,小仰角是造成水平排水孔淤堵的重要原因,间歇性排水及回渗问题都会加重其淤堵,泥沙在水流中的沉积作用和细颗粒泥沙的絮凝作用是水平排水孔机械淤堵发生的原因。     

黄土区薄层浮土道路侵蚀试验研究

为研究降雨强度和坡度对黄土区薄层浮土覆盖的土质道路产流产沙的影响,在野外调查的基础上,通过室内模拟降雨试验研究不同雨强(1.0、1.5、2.0、2.5 mm/min)和坡度(2°、4°、8°、16°)条件下0.5 cm厚度浮土道路径流和产沙特征。结果表明:1)相同坡度条件下,平均径流率随雨强增大呈递增趋势,其变化范围在0.80~2.73 L/min,且1.5~2.5 mm/min雨强条件下平均径流率是1.0 mm/min的1.34~3.04倍,各雨强条件下浮土侵蚀阶段产流量占比范围在5.22%~40.38%;2)次降雨平均含沙量随坡度和雨强的增大均呈递增趋势,其变化范围在11.75~194.25 g/L,且与坡度和雨强分别呈显著线性和指数函数关系(P<0.05),1.0~2.5 mm/min雨强下浮土侵蚀阶段产沙量占比为0.05%~71.51%,其占比随雨强和坡度的增大存在波动,且混合侵蚀阶段产沙量与坡度和雨强呈良好的线性关系(P<0.01);3)累计产沙量随累计产流量的增大而增大且满足线性函数关系,决定系数均在0.96以上。研究结果揭示了薄层浮土道路径流侵蚀规律,可为土质道路治理及道路侵蚀模型建立提供参考。     

水库地震的地震动特性

利用新丰江、黄壁庄、喀什、龙羊峡、官厅、刘家峡和陡河等水库地震的近场地面运动资料，给出了水库地震地震动的峰值加速度衰减关系、频谱特性和持续时间。分析结果表明，较：天然地震而言，水库地震的地面运动峰值加速度高，衰减快；地震动反应谱特征频率高，持续时间短；场地卓越周期以坚硬基岩的最短，硬土次之，软土最长。研究得到的水库地震的地震动衰减关系和频谱特性可为水工结构的抗震设计和加固提供借鉴。     

岩体裂隙连通路径及岩体等效渗透张量参数研究∗

在高放核废料的处置中,掌握地下水在裂隙岩体中的渗流规律是当下的关键问题。以甘肃北山岌岌槽一测区为工程背景,通过现场数据测得的裂隙统计参数,应用编制的 MATLAB 语言程序生成全局域内的离散裂隙网络模型,将三维裂隙以圆盘模拟并简化为变截面圆管单元渗流网络,为考虑边缘效应以圆管作为单元体切割基准。通过比较随单元体尺寸增大的三个方向上的等效渗透系数变化趋势得到表征单元体 REV,并在该单元体中计算渗透张量以及应用 Dijkstra 算法识别对应边界方向的最优路径。结果表明:该测区的渗透系数最值分别为 3.62e^-6 m/s与 9.19e^-7 m/s,水平向渗透性最小,竖直向附近最大,基本符合工程实际。     

不同强度岩石中开挖圆形巷道的局部化过程模拟

利用FLAC模拟了不同粘聚力条件下圆形巷道的局部化过程。为了模拟巷道开挖,利用编写的F ISH函数删除巷道内部的单元。岩石服从莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的破坏准则,破坏之后呈现应变软化-理想塑性行为。文中模拟分为3步:首先,将静水压力施加在模型上,直到达到静力平衡状态;然后,利用编写的F ISH函数开挖巷道;最后,计算重新开始,直到达到静力平衡状态或者塑性流动状态。模拟结果表明,随着粘聚力的降低,巷道围岩的破坏模式首先由孔壁附近零星单元的破坏向4个对称的小V形坑式剪切破坏转变,然后由包含若干小V形坑的大V形坑式剪切破坏向巷道全断面的破坏转变。前三者破坏发生后,巷道围岩仍然能保持稳定。与最大塑性拉伸应变相比,最大剪切应变增量、最大塑性剪切应变要高得多;最大剪切应变增量、最大塑性剪切应变相差不大;随着粘聚力的增加,三者均越来越小。