不同颗粒级配条件下堰塞坝溃决特征试验研究

为研究坝体颗粒级配对堰塞坝溃决特征的影响,引入平均粒径D50作为主要指标,以不同均值粒径的土体作为研究对象,通过开展不同颗粒级配条件下堰塞坝溃决特征试验,分析堰塞坝体在3种不同工况下的破坏模式和溃决特征。结果表明,1工况3条件下坝体溃决历时是工况1的2.5倍,而溃决洪峰流量减小了约60%,说明坝体平均粒径对坝体的溃决特征有显著影响,平均粒径越大,坝体整体抗冲刷能力越强,溃口发展速度越慢,坝体越稳定,溃决洪峰流量就越小,达到洪峰流量的时间也相对滞后;2平均粒径和渗透系数可拟合成二次函数曲线,随着平均粒径的增大,渗透系数也随着增大;以孔隙水压力的变化特征为依据,把溃决过程分为3个阶段,即上游库水位增加阶段、水流漫顶下渗阶段、坝体溃决阶段。     

基于动强度试验确定饱和砂土弱化参数的方法∗

对于可液化土层,若土体发生液化则认为土体强度完全丧失;而对于没有发生液化的土层,一般不考虑超孔隙水压力对土体强度的影响。实际情况下,具有超孔隙水压力的饱和砂土在地震荷载作用下强度会发生弱化,以往对于可液化土层中桩土相互作用问题的研究都是针对土体完全液化的情况展开的,忽略了液化过程中超孔隙水压力对其强度的影响。通过竖向-扭转双向耦合剪切仪对福建标准砂进行循环扭剪动强度试验,结合MohrCoulomb强度理论,计算得到不同孔压比下饱和砂土的弱化参数,并根据有效应力原理建立了弱化状态下土体弱化参数与孔压比之间的数学关系。结果表明:液化过程中超孔隙水压力对土体强度弱化的影响可以用土体弱化参数来表示;孔压比越大,土体强度弱化越严重,相应的弱化参数也越小,反之则越大。     

怒江东月各泥石流搬运能力研究

泥石流灾害的破坏能力除了受地质、地形及水文条件的控制外,还与泥石流浆体特性密切相关。对采集于东月各特大粘性泥石流堆积体中2 mm以下土体样本进行了土水混合静置试验,并进行了粒度分析,以计算上限粒径D_0、分析密度变化对于泥石流浆体乃至泥石流体悬浮能力的影响;同时结合2 mm以下土体沉积现象探讨了泥石流体沉积规律与运动特征。试验结果表明,密度小于1.80 g/cm~3的浆体中,粒径0.07~0.20 mm部分较多集中于上层L1,而在中层L2与下层L3中含量较其他四组样品含量少;L1/L2,L1/L3比值随密度增加有一段明显的上升趋势;密度较小的样品浆体超孔隙水压力较小,浆体释水较快并且颗粒沉积呈明显的分选性;在极限状态下密度小于1.85 g/cm3的样品上限粒径D0较稳定,并且随着浆体密度增大,D_0值逐渐增大。     

地下管线的有效应力地震反应分析

地下管线的地震反应与管线周围土体的动力特性以及管土之间的相互作用密切相关。在地震作用下,孔隙水压力的发展会导致土体有效应力的降低,并且影响土体的动力特性。根据有效应力方法以及土体的非线性动力本构模型,可以研究孔隙水压力的增长与消散、有效应力的降低以及土动力特性的变化。在地下管线与周围土体之间引入接触单元,来模拟管土之间的接触传递问题;通过有限单元法,对地下管线的地震反应进行了全过程地震反应分析的数值模拟。计算结果表明:在地震作用下,孔隙水压力的增长造成了土体的软化,使得土体的动力特性发生变化,因此管线的地震响应也发生了相应的变化。     

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。     

温度作用下膨胀土的胀缩特性及微观机理北大核心CSCD

温度场作为外部环境要素场之一,对膨胀土的水-力学性质具有显著影响。为研究温度对膨胀土胀缩特性的影响规律及微观机理,以南宁膨胀土为对象,开展了不同温度(5~45℃)下膨胀土的浸水膨胀和失水收缩试验,结果表明膨胀土的胀缩特性具有显著的温度效应,其膨胀率随温度升高而增大,温度越高其增大效果越明显;收缩率随温度升高则呈现出先增大后减小的变化规律,存在临界温度“T_(c)=35℃”。在此基础上,基于不同温度(5~45℃)下的吸附结合水试验,从土-水作用角度阐释了膨胀土胀缩特性温度效应的微观机理;随着温度的升高,土中结合水量减小,水膜厚度变薄,从而引起两方面的结果:①土颗粒间的吸力减弱而斥力增加,宏观表现为土体的膨胀性增加;②土颗粒间距变小,促进了土颗粒骨架由松散状态向紧密状态转化,颗粒排列更紧密,收缩性增加,而达到一定温度后,水分蒸发时间较短,土-水作用加剧使得土体骨架没有充足的时间向紧密状态转化,是造成土体收缩性减小的主要原因。     

波浪荷载作用下非均等固结饱和粉土孔压特性研究

选用近海地区分布广泛的粉土作为研究对象,利用空心圆柱仪进行了模拟波浪荷载作用下的循环三轴-扭剪耦合试验,探寻非均等固结条件下饱和粉土孔隙水压力的发展特性。试验结果表明:非均等固结条件下,饱和粉土孔压比与广义剪应变之间的关系符合双曲线发展形式,孔压比与振次比之间的关系可以用幂函数来较好地拟合。根据极限状态的摩尔—库仑定律,推导了少粘性粉土孔隙水压力极限值计算方法,并将计算值与试验值进行了比较。孔压比和固结比的计算值与试验值之间均符合直线型关系,且固结比越小,计算值与试验值之间的差异越小。     

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。     

墙后填土液化前后对挡土结构物的总压力分析

针对墙后填土液化前后对挡土结构物总压力的变化情况进行了分析。墙后填土液化后孔隙水压力升高、有效应力降低,土颗粒处于悬浮状态,此时不存在土压力。由于液化后墙后填土呈现出粘性流体的性质,其对挡土结构物的作用力等同于以土体饱和重度γsat为重度的粘性流体以各方向相同的力作用在挡土结构物上,因此液化后挡土结构物上的总压力明显增大,工程中应予以重视。计算结果表明:随着地下水位的下降,墙后填土液化前、后对挡土结构物的总压力均逐渐减小,但液化后与液化前的总压力比值呈先增大后减小的变化趋势;随着静止土压力系数K0的增大,墙后填土液化前后对挡土结构物的总压力逐渐增大(完全浸水情况下,液化后的总压力不随静止土压力系数K0的变化而变化),但液化前的总压力增长更快,故液化后与液化前总压力的比值呈减小的趋势。     

桩板式挡土墙桩间挡土板土压力计算方法研究

作为一种新型边坡支挡结构,桩板式挡土墙已被广泛应用于路堑、路堤以及滑坡等特殊支挡工程之中,但目前对作用于桩间挡土板上土压力的研究仍严重滞后于工程实践。为合理确定桩间挡土板上的土压力,借助桩板式挡土墙桩-板后土体土拱合理拱轴线的假定建立了相应的土拱计算模型,并假定拱后滑坡推力为均布荷载,基于土拱静力平衡条件及桩-板后土拱处于极限平衡状态,进而根据莫尔-库伦强度理论确定土拱竖向应力,藉此推导出考虑滑坡推力作用的桩间挡土板土压力计算公式。并将其与传统方法(卸荷拱法和拟化筒仓法)进行了对比分析,结果表明:本文方法更能反映作用于桩间挡土板上实际土压力的大小,且可考虑来自桩-板后土体传递而来滑坡推力的作用,其中传统方法仅是本文方法的一种特殊形式;桩间挡土板上的土压力随桩-板后土体粘聚力和内摩擦角增大而大致呈线性递减,并随拱后滑坡推力和桩跨比的增大而增大。研究成果可为桩板式挡土墙的合理设计提供参考。     

高分子固化剂改良砂土的渗透特性试验研究∗

对高分子固化剂改良后的砂土进行常水头渗透试验和变水头渗透试验,研究高分子固化剂浓度、养护时间以及砂土干密度对砂土渗透特性的影响,并结合试验结果与扫描电镜深入分析了高分子固化剂改良砂土的机理。研究结果表明:固化剂浓度、养护时间和砂土干密度对改良后砂土的渗透特性有显著影响。随固化剂浓度、养护时间和干密度增加,砂土的出水时间变长,渗透系数快速降低,相对渗透阻力系数急速变大;固化剂浓度和养护时间对改良砂土渗透特性影响最为显著的范围分别为1%～5%和养护3～12 h;高分子固化剂在砂粒之间形成高分子膜包裹、连接砂粒,填充砂土空隙,减小砂土空隙,进而降低砂土渗透特性。     

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。     

玄武岩纤维遏制作用下的砾类土管涌试验研究∗

管涌如果无法及时得到遏制,会导致大量土体流失以致堤防溃决。为研究管涌发生环节时使用玄武岩纤维的遏制作用,拟通过室内管涌试验,从孔压、水力梯度、渗透系数、流速、颗粒流失等方面,研究不同纤维含量和纤维长度的玄武岩纤维对管涌发生发展的遏制效应。结果表明,玄武岩纤维的加入使得缺级配砾类土体的迁移通道变得更加曲折和狭窄,从而遏制整个土体的管涌发展。同等玄武岩纤维含量下玄武岩纤维缺级配砾类土存在最佳的纤维长度遏制管涌发展。纤维长度过长,增大了土体的迁移路径同时也使迁移通道相对变宽;纤维长度越短使得细颗粒的迁移通道变得更加狭窄,更加容易造成局部堵塞,进一步使得管涌继续从其他方向发展,造成颗粒的进一步流失。     

长江中游西部地区洪水灾害的历史演变——人文因素与当前趋势

探讨了近3000年来长江中游西部洪水灾害发展的人文因素。古代（3000—700aBP）人口较少,多择地势高的岗地居住,只有少数沿江城市需要堤防保护;长江干流洪水可多处分道散流,所携带泥沙导致云梦泽解体消亡。自宋代开始,低地筑垸围湖,与水争地,但九穴十三口畅通,洪水灾害不严重。明代（700—450a B P）几乎完全堵塞了荆江北流的穴口,荆北大堤联成一体,但堤防薄弱,出现过30次决口成灾。清代以来,随着人口激增,与水争地矛盾加剧,堤防加高培厚,使荆江河道洪水位大幅度上升,溃堤和溃坝洪水灾害较明代成倍出现。同时,历代的“舍南保北”政策迫使长江干流大洪水中过半水量与泥沙向南泄入洞庭湖,曾使洞庭湖面积扩至6000km^2,以后洞庭湖迅速淤积萎缩。1949至1985年间,人口又一次迅速增长,进一步加强围湖垦殖,大量通江湖泊面积萎缩。除1954和1998年那样人所共知的严重洪水灾害外,内涝渍水灾害也非常严重,人类与洪水的矛盾达到了顶点。改革开放后,尤其是三峡大坝的修建,极大地改变了长江中游的水文情势,工业化与城市化的迅猛发展,农村人口压力减轻,而21世纪初期降水相对较少,因此当前相当一段时间长江中游洪水灾害大为缓和。应抓住时机,总结经验,在人地和谐的现代水科学技术理念指导下,制定21世纪前半期,特别是2020年前的长江水利和水资源发展规划,促使人与洪水和谐共处。     

黄土水分场光纤原位监测及非饱和渗透系数估算

土壤含水率和渗透系数的原位测定是研究黄土高原地区各类地质灾害机理的重点和难点。应用基于AHFO的含水率测量方法,对降雨条件下黄土地基的水分场动态分布进行原位监测;以含水率监测结果和土水特征曲线为基础改进传统瞬态剖面法,估算蒸发条件下黄土的非饱和渗透系数。结果表明:①土壤中的水分运移受重力、吸力梯度和大气蒸发力的综合控制;降雨后黄土中的水分循环主要发生在浅层,降雨量较大时,土壤剖面呈现出干湿交替的现象;降雨量较小时,水分入渗到一定深度即向上部运移排泄;②改进的瞬态剖面法可以避免含水率分布函数和吸力未知所带来的计算误差,实现蒸发作用下黄土的非饱和渗透系数估算;③非饱和渗透系数计算值与平均含水率成正相关关系,但离散性较大,其误差主要来源于土壤性质的空间变异性和蒸发作用的滞后性;④该研究成果为降雨入渗模型的建立提供了精确的含水率和渗透系数,可广泛应用于黄土高原地区的原位试验研究。     

营养液钙源对微生物固化砂土效果影响的试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)作为一种环保型地基处理技术,其机理是通过微生物诱导碳酸钙沉淀有效改善土体工程性能,参与固化反应的营养液成份不同对固化效果有显著影响。分别选用氯化钙和硝酸钙作为营养液中的钙源,通过渗透实验、干密度实验、吸水率实验、无侧限抗压强度实验从宏观角度分析钙源对微生物固化砂土物理力学指标的影响。同时,结合电镜扫描测试,从微观角度对比了不同钙源作用下碳酸钙沉淀晶体形态及空间分布的差异。研究结果表明:利用硝酸钙固化后的砂柱整体密实度更高,其破坏裂缝在饱水和干燥状态下比氯化钙固化后的砂柱更小;硝酸钙作为钙源固化后的砂柱渗透系数和吸水率更低,干密度和无侧限抗压强度也更高。电镜扫描结果显示,氯化钙为钙源形成的碳酸钙沉淀量较少,形态为球状,散落分布在砂粒表面;硝酸钙形成碳酸钙沉淀量较多,形态以球状或者立方体为主,包裹住砂颗粒,团聚效果更为明显。因此,就钙源而言,硝酸钙的微生物固化效果较氯化钙更好。     

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。     

深厚覆盖层中弱透水层特性对渗流场的影响

中国西部地区的深厚覆盖层坝基中常存在弱透水层,对坝基渗流场有一定影响。基于非饱和土渗流理论,借助有限元软件Seep/w建立数值模型,得出渗流量和出逸坡降,并结合2个实际工程分析弱透水层深度、厚度、连续性对渗流场的影响。结果表明,采用悬挂式防渗墙或无防渗墙时,深度越小的弱透水层控渗效果越佳;深度越大的弱透水层与防渗墙形成的半封闭式联合防渗体系,越能有效控制渗流量和抑制出逸坡降。渗流量和出逸坡降都随着弱透水层厚度的增大而降低;弱透水层厚度及连续性对采用半封闭式防渗墙控渗时的渗流场影响最大,悬挂式防渗墙次之,全封闭式防渗墙最小。渗流量和出逸坡降随上游、底端开口长度的增加而增大;渗流量随下游开口长度的增加而增大,但出逸坡降随下游开口长度的增加呈先增大后减小的趋势。弱透水层的连续性对渗流场影响较小。采用半封闭式防渗墙时,渗流量和出逸坡降从高到低排序为底端开口、上游开口、下游开口。采用全封闭式防渗墙时,防渗墙承担主要的控渗任务,弱透水层的深度、厚度、连续性对渗流场的影响极小。     

稀土矿层厚度对浸矿边坡渗流及稳定性的影响

在原地浸矿和稀土边坡稳定性关系研究中,往往忽略了矿层厚度的影响,为此选取3个具有代表性的边坡实例,基于Fredlund提出的饱和-非饱和渗流理论,构建考虑稀土矿层厚度的采场边坡在不同注液强度下浸矿饱和液面及孔隙水压力与浸矿时间的关系,研究不同全风化稀土矿层厚度对边坡渗流场及稳定性的影响。结果显示,在矿层厚度不变的情况下,注液强度越高,坡体内浸润线和孔隙水压力增加越快,边坡稳定性下降越快;在一定的注液强度条件下,矿层厚度对浸润线的上升具有明显的滞后效应,厚度越大,浸润线和孔隙水压力上升速度也越慢,边坡稳定性下降速度则相应减缓。因此,稀土矿层厚度对稀土边坡渗流场及稳定性的影响是显著的,稀土采场拟定合理注液强度时不容忽视。     

酸性环境下Q2黄土压缩特性试验研究∗

针对酸性污染土物理力学性质恶化的现象,采用室内人工模拟受酸液污染土样的方法,开展土常规试验、压缩试验探究Q2黄土在酸液浸泡时间和酸液浓度双因素作用下,试样孔隙比、含水率等基本物理及压缩系数、压缩模量等指标和压缩e—p曲线的变化规律,以及水-酸耦合作用对黄土压缩性的影响规律。结果表明:浸泡时间一定时,随酸液浓度增大,含水率、孔隙比、压缩系数在逐渐增大,压缩模量在减小。浸泡12 d时,酸液浓度0.1 mol/L增加至3 mol/L,压缩系数a1-2由0.355 MPa-1增大到1.275 MPa-1,压缩模量Es1-2由5.580 MPa减小至1.855 MPa;酸液浓度一定时,随浸泡时间延长,含水率、孔隙比、压缩系数在逐渐增大,压缩模量在减小。酸液浓度3 mol/L时,浸泡时间从1 d至12 d,压缩系数a1-2由0.308 MPa-1增大到1.275 MPa-1,压缩模量Es1-2由6.301 MPa减小至1.855MPa;水-酸耦合作用提高了黄土压缩性,且在充分浸泡条件下,酸液对黄土压缩性的影响远大于水的影响。研究结果可为酸蚀黄土区工程建设提供相关参考。