堤基渗流管涌发展的理论分析

本文在渗流理论基础上，推导出了管涌孔口附近的涌砂范围及继续向上游冲蚀发展距离的计算公式，所提出的管涌冲蚀向上游发展的计算方法，可用来鉴别管涌的危害程度。计算结果与模型试验及管涌的实际调研资料比较接近。文中还用三维有限元数值计算方法验证了本文推导的水头分布及渗流坡降公式的可靠性，并论证了直接引用源汇点理论计算管涌附近水头分布的不适应性。     

水工建筑物渗流管涌的Monte-Carlo模拟

渗流管涌曾导致一些水利工程失事，给国民经济带来巨大损失。因此，渗流管渗的研究不仅有理论意义，而且有很大的实用价值。首先分析渗流管涌发生和发展的机理。给出了管涌的数学模型：铅直流土的台萨基模型、斜坡流土的谢斯塔可夫模型以及渗流冲刷的曹敦侣模型。在此基础上，用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ法模拟渗流管涌的发生和发展。孔隙介质的渗流特性考虑服从给定概率分布的随机变量。随机模拟给出管涌发展的形象，同时还可求得在一定条件下，渗流管涌导致管涌破坏的机率。模拟结果表明：渗流管涌发生后，是否会发展到渗流破坏，不仅与相对渗径长度有关，而且还取决于绝对渗径长度。随机模拟的结果能很好地与实验室试验结果相印证。     

渗流管涌的随机模型

在渗流作用下,土的颗粒被带动而沿孔道移运的现象就是所谓的渗流管涌。管涌曾导致不少大坝失事,造成严重损失。由于土中颗粒间的相对位置是随机的,孔隙的形状是不规则的,以及颗粒间的作用力带有不确定性,因此渗流管涌必然是一种随机过程。Terzaghi曾认为管涌“像白蚁蛀蚀木头一样”是难以预测的.本文考虑管涌通道端点的随机游动,用更新理论来描述端点的运动,求得一维及二维随机模型,从而可以估计管涌破坏的概率和土体渗流稳定性,由此得出一个重要结论:渗流破坏不仅与相对渗径有关,而且还与绝对渗径长度有关。本文还给出算例。     

北江大堤典型堤段管涌试验研究与分析

用北江大堤典型堤段的堤基粉细砂砾在玻璃水槽中模拟不同砂层厚度、埋深、层次结构及接触面粗糙度等条件下的管涌试验。论证了接触面加糙后能使临界坡降由光滑面的0．10提高到0．13～0．20。较细的上层砂和较粗的下层砂砾将有可能使临界坡降减小30％左右。最后,根据多层地基渗流理论推导出堤基渗流管涌发展的计算公式,并用三维有限元计算进行了验证。该公式可以用来估算管涌突发时的涌砂范围和继续向上游冲蚀发展的距离,以便判别危害大堤安全的程度。     

堤基管涌模型试验的流速示踪与发展过程

进行了管涌砂槽模型试验研究,观察到了管涌发生、发展和导致溃堤的全过程,得到了相应的堤基管涌破坏的临界水平平均水力坡降.试验结果表明,堤基管涌的发展,在水头低于临界水头时,发展至一定程度后达到自愈,管涌通道不会与上游连通,其宽度和深度有限,不会发生管涌溃堤事故.水头超出临界水头后,管涌持续向上游发展并与外水连通,连通管道...     

堤基管涌模型试验的流速示踪与发展过程

进行了管涌砂槽模型试验研究,观察到了管涌发生、发展和导致溃堤的全过程,得到了相应的堤基管涌破坏的临界水平平均水力坡降。试验结果表明,堤基管涌的发展,在水头低于临界水头时,发展至一定程度后达到自愈,管涌通道不会与上游连通,其宽度和深度有限,不会发生管涌溃堤事故。水头超出l临界水头后,管涌持续向上游发展并与外水连通,连通管道内水流的水力冲刷最终导致溃堤破坏。     

MIKE SHE在电厂洪峰计算中的应用与结果分析

传统的水电厂、变电站设计洪水计算方法都是以经验公式或推理公式为基础建立的简单计算法,计算结果的正确率都较低。采用MIKE SHE分布式水文模型,结合GIS与RS技术,对贵州喀斯特地貌区的六硐河甲茶水电站进行了洪峰流量计算,并与其他模型方法的计算结果进行了比较。结果表明,在洪峰计算中,MIKE SHE模型具有模拟结果更加精确、详细等独特优势,且适用于喀斯特地貌区。该模型的成功使用为今后类似地区的洪峰计算奠定了坚实的基础。     

基于球状井非稳定井流理论的管涌流场分布研究

渗流场分布确定是管涌研究的基础与关键。双层堤基管涌时土体破坏范围仅局限于管涌口周围,且在管涌口形成后土体中的渗流场会经历一个动态的变化过程。基于此,将管涌口概化为半球状的涌水井,结合非稳态渗流方程和叠加原理,对定水头条件下双层堤基管涌口形成后地层中的流场分布进行了研究,得到了管涌口形成以后的渗流场分布。通过算例,研究了管涌口形成以后堤基内水头以及水力梯度随时间的变化规律;通过与稳定条件下完整井流的对比,得到了球状井与完整井条件下水头与水力梯度的分布规律。研究表明:管涌口形成时的非稳定渗流是造成细砂突涌的重要原因之一;利用稳定完整井条件下的渗流场分布进行管涌判别时,会明显夸大管涌的发生范围。     

土工合成材料抢护管涌理论分析与试验

通过室内管涌抢护模拟试验,验证了有关土工合成材料反滤层充当催化剂,催化土体本身天然反滤层形成的理论。试验结果表明,相比于小孔径土工布,较大孔径的土工滤网是反滤材料的更优选择。为消除现行管涌抢护措施的某些弊病,结合试验装置适用条件及试验结果,提出了一种装配式围井搭配纯土工合成材料作为整体新型操作平台的设想。     

供水管网中余氯衰减情况的试验研究及分析

针对供水管网中的余氯衰减展开深入研究,在构建的管网模拟试验平台和计算机模型上进行了相关的水质分析。在大量实测数据的基础上采用一级动力学模型建立了系统余氯衰减模型,确定系统总的余氯衰减系数k、主体水中余氯衰减系数kb及管壁处余氯衰减系数kw,并总结出各余氯衰减系数与各影响因素的具体关系式。     

堤防设计中的非稳定渗流计算

江河堤防必须考虑河水涨落的非稳定渗流来设计最经济可靠的渗控措施，本文按照河水洪峰在堤身内引起的浸湿(润)线前锋推进图案，引导出任何洪峰过程中堤身内浸湿距离的计算公式，包括不透水和透水堤基以及有防渗措施的堤基。计算公式与河堤渗透试验和数值计算结果互相对比是一致的。对于特殊情况，正弦曲线的典型洪峰，也给出了简便的浸湿距离计算公式。同时还给出了考虑非饱和土的吸力作用的计算公式以及在洪峰过程中堤后渗水量计算公式。     

绰勒灌区山洪沟设计洪峰流量计算

采用地区经验公式法、推理公式法及"洪水图集"法分别对绰勒灌区19条山洪沟设计洪峰流量进行了计算,结果显示:上述3种方法的设计成果值相差不大,偏差不超过30%。但计算显示流域面积越小,地区经验公式法计算结果越偏保守,随着流域面积增加,其计算结果也愈偏小。针对当地实际情况、资料系列的延长及公式修正等问题提出了设计建议。     

二维非恒定流模型在北京市延芳淀湿地洪水影响分析中的应用

为了研究拟建在北运河滩地上的延芳淀湿地对河道防洪安全的影响,控制湿地建设规模,不增加北运河50年一遇洪水出境洪峰流量,搭建了北运河MIKE 21二维非恒定流模型,模拟湿地建设前后北运河50年一遇洪水演进情况。采用2016年北运河“7.20”洪水监测数据,对模型进行了参数率定;分析了延芳淀湿地建设前后,50年一遇洪水下北运河河道及滩地槽蓄能力、河道水位、流速、流势等水力条件的时空变化。结果表明：滩地内建设延芳淀湿地降低了北运河槽蓄能力,减少了滩地消减洪峰量值,但通过调整湿地地形高程,仍能满足规划要求;湿地建设同时抬升了北运河洪水位,改变了洪水流势,对河道堤防建设有一定影响。研究成果不仅能够为延芳淀湿地的设计建设提供相关水力条件支持,也可以为北运河河道治理及防洪预案修订提供参考。     

基于三维非稳定渗流分析的隧洞开挖地下水环境影响评价

水利工程中隧洞施工通常采用全部开挖完成再衬砌的方法。如针对开挖施工的短暂状态采用稳定渗流计算分析其对地下水环境的影响,并不符合实际,且往往会夸大地下水位降落的幅度和影响范围,因此采用非稳定渗流数值模拟技术来评价将更为合理。以某水电站发电引水隧洞施工为例,采用饱和-非饱和非稳定渗流理论,建立了引水隧洞区域的三维有限元模型,对隧洞开挖过程中区域地下水非稳定渗流场进行了数值模拟,总结分析了隧洞从开始挖掘到贯通过程的地下水变化规律并进行地下水环境影响评价。结果表明:采用三维非稳定渗流分析预测隧洞开挖过程中地下水位降落和降落漏斗扩大的过程是可行的;该工程引水隧洞开挖对该区域地下水影响较小,地下水补排关系总体无变化。     

一维不恒定流河网数学模型研究与应用

河道中洪水数值模拟主要用求解描述洪水波运动的圣维南方程组,依数值计算解法不同而产生了不同的模型．在海河流域大清河北支及中下游河道洪水数值模拟的实际工作中,应用了一维河网模型进行洪水的模拟计算,并根据实际情况加入了蓄滞洪区调度、泄洪闸控制调度以及近年来北方河道入渗的特点等条件,计算效果良好．现对模型的理论基础和解法以及实际应用经验作一简述。     

均质土坝非恒定渗流模型试验

该文对不透水地基上的均质土坝模型,在线性变化水位边界条件下的渗流流态和特性进行了实验研究。测定了非恒定渗流过程中坝体内浸润面的变化过程和压力水头的变化,通过对实验数据的分析,得出了非恒定渗流在水位变化过程中的物理力学特性。该实验对江河堤坝在洪水涨落期间的坝体内渗流场变化的研究有较高的借鉴价值,同时为渗流数学模型的可靠性和准确性提供了最直接的检验数据。     

河堤内非稳定渗流的实测与分析

在长期洪水渗透的作用下，堤防内的浸润线上升并到达背水坡脚，这会引起堤防内的孔隙水压力上升和非饱和状态土的强度下降，经常由此而导致堤防发生塌陷和滑动破坏。本文通过原尺寸堤防的洪水渗透试验对堤防内洪水渗透的过程和特征进行了观测，并通过对大型河堤长期洪水渗透试验的饱和-非饱和渗流的有限元解析，研究了洪水渗透的过程和特征，分析了各种条件对河堤内渗流的影响。     

一维不恒定流与卡尔曼滤波耦合的河道实时洪水预报模型

对一维不恒定流方程组进行简化，导出扩散波的一维不恒定流方程，用有限差分对其进行离散化。考虑实时洪水预报的特点，上边界拟采用人流已知，下边界对于自然河段拟采用水位流量关系，对有闸、坝控制的拟采用相应的出流计算公式。对离散化的方程和边界条件进行线性化，得到系统方程。由于实际河道中实测变量的个数总少于待求变量的个数，为此，根据滤波方面的理论提出了一维不恒定流与卡尔曼滤波耦合的半自适应滤波模型。在该模型中量测误差系列的协方差矩阵可以通过信息更新系列实时地估计出来，只有模型误差系列的协方差矩阵需要预先给出。最后用实例对模型进行了检验并与其他方法进行了比较。