探地雷达在莲花电站二坝坝顶路面裂缝探测中的应用

介绍探地雷达探测方法,探讨使用高频探地雷达探测粘土心墙堆石坝坝顶混凝土路面裂缝,达到快速、无损查明坝顶混凝土裂缝的性质与成因的目的.     

土坝溃决跌坎水流水动力特性数值模拟

黏性土坝漫顶溃决涉及多学科交叉,过程极其复杂,尽管国内外大量物理模型试验成果表明其溃决多以“跌坎式”溯源冲蚀为主要特征,然而对该冲蚀发展形式下的水流-坝体微观作用机制尚不清晰。水流作为漫顶溃决的冲刷主动力,对坝体溃决发展起着主导性作用,采用RNG k-ε紊流模型和VOF自由液面捕捉技术针对黏性土坝漫顶溃决代表性水流结构——溃决跌坎水流开展了三维数值模拟研究,对跌坎水流的水流结构、流态、水力特性指标等进行了细致分析,揭示了不同工况下坝体跌坎上的剪切应力、流速分布规律,进而从水动力学的角度对坝面进行受力分析,初步推断了黏性土坝漫顶溃决过程中各级跌坎的主要合并方式为“台阶水平面刷深下切”。研究成果为进一步掌握黏性土坝漫顶溃决发展演变机理提供了理论基础。     

循环荷载作用下重塑饱和粉黏土的刚度弱化特性研究

以东海大桥海上风电场项目为课题背景,通过动三轴系统对重塑饱和粉质黏土开展一系列长期不排水循环加载三轴试验,分别考虑围压、动应力比和频率3种因素,特别是对高频(f5 Hz)下土体的动力弱化特性进行了研究。试验结果表明:累积塑性应变与累积孔压随着循环次数的增加而增大并且趋于稳定,呈现出应变软化和孔压软化现象。割线动变形刚度模量和割线动弹性刚度模量则随着循环次数的增加,先急剧降低然后趋于稳定,从而表现出刚度弱化现象。进一步研究了割线动弹性刚度模量与循环应变幅值的关系,割线动弹性刚度模量的衰减趋势受动应力比和频率的影响不大,与围压有关,围压越大,割线动弹性刚度模量衰减趋势越慢,衰减稳定幅值越低。     

温度影响下压实红粘土持水特性研究

通过渗析法和水汽平衡法研究不同温度控制下干密度1.7 g/cm~3压实红粘土持水特性(SWRC:soil water retention characteristics)。试验结果表明:20℃下干密度1.7 g/cm~3压实红粘土进气值约为110 k Pa;试样控制的温度越高,压实红粘土样持水能力越低,土样进气值随着温度升高而减小,且呈线性关系;Van Genuchten(1980年)土水特征模型能很好的描述干密度1.7 g/cm~3压实红粘土持水特性曲线。     

尺寸效应和约束条件对土基回弹模量的影响

室内承载板法是测定土基回弹模量的标准试验方法。尺寸效应和约束条件的影响使得室内测定的回弹模量往往与现场不符,不能直接用于公路结构设计。以红黏土为研究对象,采用室内试验和数值模拟的方法研究了试样的尺寸效应和约束条件对土基回弹模量的影响。结果表明:试样的尺寸效应(试样直径和高度)对回弹模量的影响较大,随着试样直径的增大回弹模量增大,随着试样高度的增大回弹模量减小;无侧限条件下测定的回弹模量乘以约束条件系数1.2即得有侧限条件下回弹模量值。研究成果为室内合理测定土基回弹模量值提供参考依据。     

基于微观孔隙通道的饱和/非饱和土渗透系数模型及其应用

从微观角度揭示土体变形对饱和/非饱和渗透系数的影响机理,建立相应的预测方法,对于饱和/非饱和土的渗流分析及水力耦合研究具有重要的科学意义。利用流体力学理论,建立了微观孔隙通道渗透系数与等效孔径的关系,在此基础之上,结合毛细理论建立了饱和/非饱和渗透系数与土-水特征曲线的关系模型,并利用已有试验数据验证了模型的合理性。结合该模型与变形条件下土-水特征曲线预测方法,对变形条件下武汉黏性土饱和/非饱和渗透系数进行预测,结果表明黏性土在压缩变形条件下:饱和渗透系数呈数量级的减小,预测值与实测值均吻合较好;双对数坐标下,非饱和相对渗透系数在进气值之后随基质吸力增加而减小,不同初始孔隙比条件下其斜率近似不变,整体呈现"毛刷型"分布,相同基质吸力条件下,初始孔隙比越小,相对渗透系数越大;非饱和渗透系数,进气值之前近似为饱和渗透系数,进气值之后随基质吸力增大而减小,不同初始孔隙比的变化线近似重合。     

深厚覆盖层上高心墙坝地震惯性力动态分布系数研究

对于强震区坐落在深厚覆盖层(深度超过50 m)上的高土石坝,通过拟静力稳定分析结果初步判定其抗震稳定性是抗震设计的主要内容,其中水平向地震惯性力沿坝基覆盖层至坝顶的动态分布系数是关键。然而,现行《水工建筑物抗震设计标准》(GB 51247—2018)中地震惯性力动态分布系数多基于坐落在基岩上的高土石坝的动力响应规律确定,现有动态分布系数忽略了深厚覆盖层和地震动强度对地震动传播规律的影响。因此,以坐落在深厚砂砾石覆盖层上150 m级高黏土心墙堆石坝为研究对象,结合现行土石坝设计规范和国内已建高土石坝实例,基于统计平均的方法确定了坝顶宽度、坝料分区、坝坡坡比、覆盖层材料的静、动力特性等关键参数,深入探讨了150 m级高黏土心墙堆石坝在小震(0.1 g)、中震(0.2 g)和大震(0.4 g)规范谱地震动作用下不同深度砂砾石料覆盖层的动力响应分布规律,进而总结归纳出不同深度覆盖层下150 m级高黏土心墙堆石坝的水平向地震惯性力的动态分布系数,将其引入到拟静力法稳定分析中,最后基于最危险滑动面和最小安全系数与现行规范所得结果进行对比分析。研究结果表明,小震(0.1 g)和中震(0.2 g)下采用文中推荐的考虑深厚覆盖层和地震动输入强度影响的水平向地震惯性力动态分布系数时将得到更符合工程实际的评价结果。研究成果可为深厚覆盖层上的高土石坝抗震设计提供参考依据。     

存在高渗透区的黏土心墙土石坝渗流稳定性分析

黏土心墙土石坝是重要的挡水建筑物,心墙的低渗透性可以大幅降低坝体水力梯度,减少坝体发生渗透破坏的风险。然而心墙的质量问题（如局部高渗透区）会影响坝体的渗透稳定性,甚至酿成管涌溃坝等严重后果。以瀑布沟心墙土石坝为原型开展坝体渗流大型水槽模型试验,并结合有限元数值模拟方法研究高渗透区对坝体内部渗流场和渗流稳定性的影响。试验表明高渗透区域将改变心墙的渗流场,成为优势渗流通道,导致高渗透区域附近孔压值大幅上升,同时高渗透区域的存在将显著提升坝体渗漏速率。试验与模拟结果一致表明,随着高渗透区域逐步上移,高渗透区所在位置处的孔隙水压力增大,坝体渗漏量减小。高渗透区和心墙的渗透系数增加都会使心墙孔压值和渗漏量增加;随着高渗透区的渗透系数的增大,心墙坝渗流稳定性系数降低,导致坝体稳定性下降;随着心墙渗透系数的增大,高渗透区水力梯度略微减小,但心墙整体临界水力梯度下降,坝体稳定性降低。所得结论可为基于监测数据反演分析心墙的质量问题和评估坝体的安全性能提供依据。     

细菌对红黏土抗剪强度的影响

为了探究土壤原生细菌对红黏土强度的影响,通过对红黏土中天然赋存的原生细菌进行富集培养,并在红黏土重塑试样中添加培养后的细菌菌液,通过土工试验和电镜试验分析红黏土物理力学性质和微观结构的变化。结果表明:随着细菌的掺入,三轴试样的破坏峰值和压缩模量都有所提高,并且随时间的增长,呈现先增大后减小的趋势;同时从电镜图像上来看,细菌的掺入使得红黏土中粉粒含量有所增加,相应的黏粒含量下降。研究结果可为进一步研究单一的细菌种类对红黏土物理力学性质和微观结构的影响提供参考。     

NH3·H2O对桂林地区红黏土工程特性的影响试验研究

为研究氮肥污染对桂林红黏土物理力学性质的影响,使用氨水(NH₃·H₂O)溶液对具有代表性的桂林雁山红黏土进行浸泡,考虑氨水质量分数(0,4.5%,9.0%,13.5%,18.0%)和养护时间(1,7,14 d)双因子因素,通过室内试验,分析氨水污染对桂林雁山红黏土物理力学性质的影响规律。试验结果表明:随着氨水质量分数及养护时间的增加,桂林雁山红黏土的质量、含水率、相对密度和液塑限均增大,压缩模量减小,土体压缩性增强;碱-土作用是引起红黏土物理力学性质发生变化的主要原因,其相互作用导致红黏土颗粒间的胶结物被溶解后又重新生成絮状物,使其原本稳定的结构状态发生改变。