摘要：反滤压重及埋深均会影响土体允许坡降,但目前尚无法量化这些影响。量化反滤压重及埋深的影响是合理确定允许坡降,科学评价坝基渗流安全的关键。采用轴向应力模拟反滤压重及埋深的作用,针对泸定水电站下游坝基(3)-1层,开展了(3)-1层级配包络线在不同轴向应力条件下的渗透试验,量化了反滤压重及埋深对(3)-1层临界坡降的影响。结果表明:随着轴向应力的增大,(3)-1层上包线和平均线土体的临界坡降呈线性增加趋势,而下包线土体的临界坡降受轴向应力影响很小。基于试验结果,量化了反滤压重和埋深对(3)-1层允许坡降的贡献,建立了随轴向应力变化的(3)-1层土体允许坡降公式,提出了可考虑反滤压重措施及土体埋深影响的允许坡降建议取值方法,该方法可供后续类似工程借鉴采用。

摘要：目前还未建立适用于粗粒土渗透及渗透变形试验的缩尺方法,遵循缩尺前后粒径小于d30(颗粒级配中质量百分含量30%所对应的颗粒粒径)以及粒径小于5 mm的颗粒含量及组成不变的原则,基于等量替代法,提出了一种粗粒土渗透及渗透变形试验缩尺方法:如果原级配中5 mm以下的颗粒含量大于等于30%,则根据试样允许最大粒径以下的大于5 mm的各粒组含量,按比例等质量替换超粒径颗粒;如果原级配中5 mm以下的颗粒含量小于30%,则根据试样允许最大粒径以下的大于d30的各粒组含量,按比例等质量替换超粒径颗粒。利用多组粗粒土渗透及渗透变形试验,论证了缩尺方法的可靠性。研究表明:提出的缩尺方法合理可行。缩尺后,土体渗透破坏型式未发生变化,渗透系数与原级配比较接近,渗透变形临界坡降和破坏坡降与原级配基本一致,缩尺级配的渗透及渗透稳定特性能够较好地反映原级配的渗透及渗透稳定特性。

摘要：深厚覆盖层地基的层间保护作用显著影响下伏土层的抗渗强度,渗透稳定评价时应考虑这种作用,然而,目前尚无法量化这种作用对允许水力坡降的影响。针对泸定水电站坝基下游典型地基结构(自下而上依次为②–2层,③–1层,④层),开展一系列单层及三层土体渗透试验,研究表明:上覆土层对下伏被保护土层的层间保护作用存在2种机制。当两者层间系数同时满足保土性和透水性要求时,上覆土层类似于人工设计的反滤层,其与被保护土层间可形成连续水力过渡关系,从而充分发挥被保护土层自身的抗渗能力维持渗透稳定;而当层间系数仅满足保土性要求,而不满足透水性要求时,上覆土层将充分发挥自身抗渗能力保护被保护土层。基于试验成果,量化了上覆土层的层间保护作用对被保护土层允许水力坡降的贡献,并建立可考虑天然地层层间保护影响的覆盖层允许水力坡降建议取值方法。在上覆土层③–1层和④层的层间保护作用下,下伏②–2层的允许水力坡降平均提升1倍;在④层的保护下,下伏③–1层的允许水力坡降平均提升1.3倍。研究成果为泸定水电站坝基异常渗漏处理及安全评价提供了重要支撑,同时也将为其他类似工程渗流安全评价提供借鉴。

摘要：碳酸盐岩非匀质性强,孔隙结构呈现出连通率低、迂曲度高的典型特征。而以往的渗透率分形模型假设岩石孔隙由相互不干扰的毛细管束组成,忽略了复杂成岩过程中胶结作用导致的毛细管连通性降低和迂曲度增大的情况,难以准确评估低渗碳酸盐岩的渗透特性。针对渗透率被高估的研究现状,利用满足阿波罗填充的等径颗粒致密堆积分形毛细管束模型,提出了毛细管连通率表征进出口毛细管过流面积损失,并在流体渗透路径几何迂曲度与孔隙度关系的基础上,引入曲折度指数来反映岩石的实际水力迂曲度,最终建立基于连通率、水力迂曲度的碳酸盐岩渗透率分形模型。考虑曲折度指数的水力迂曲度计算值与试验压汞法测定值更为一致;基于毛细管连通率、实际水力迂曲度的碳酸盐岩渗透率分形模型计算结果与细观测定及渗透试验数据吻合较好,表明提出的碳酸盐岩渗透率分形模型能够更好地预测碳酸盐岩真实渗透率。参数敏感性分析发现,孔隙度相同,粒径不同的碳酸盐岩,渗透率均随着孔径增加而增加;同时相同粒径岩石,渗透率随着孔隙度的增大而增大,但由于孔隙面积最小/最大值、孔隙面积分形维数均与孔隙度相关,渗透率与孔隙度的关系不是单纯的线性关系,渗透率随着孔隙度增大的增幅逐渐减小、敏感性逐渐降低。

摘要：泸定水电站因坝基覆盖层深部(1)层潜蚀诱发涌水险情,潜蚀过程中大量细颗粒持续流失能否诱发明显土骨架变形关系到电站自身、下游梯级电站及泸定县城的安全。土体颗粒级配、应力状态及细颗粒流失比例等均有可能影响土骨架变形,但其影响机制尚不清楚。为全面评价(1)层潜蚀对土骨架变形的影响,自行研制了可以模拟现场(1)层土体原始级配特征和应力状态的高应力、大直径的土体渗透稳定试验装置,建立了土骨架发生明显变形的判据,即潜蚀过程中试样累计体积应变大于等于1%时,表明土骨架已发生明显变形,提出了细颗粒运移比作为衡量细颗粒流失比例的评价指标。针对(1)层土体,开展了一系列极端不利水力条件下的渗流应力耦合潜蚀试验研究,重点探讨了颗粒级配、应力状态及细颗粒运移比对土骨架变形的影响规律。研究表明:所有试样潜蚀全过程的累计体积应变介于0.1%~0.49%,均小于1%,即(1)层土体中细颗粒大量甚至全部流失也不会诱发明显骨架变形,(1)层潜蚀诱发防渗墙开裂、折断,甚至突然溃坝的风险不大。颗粒级配显著影响细颗粒运移比、潜蚀临界和破坏坡降,5 mm以下颗粒含量越少,细颗粒运移比越大,潜蚀临界和破坏坡降越小;上覆压力对细颗粒运移比影响不大,但对潜蚀临界和破坏坡降影响显著,上覆压力越大,潜蚀临界和破坏坡降越大。研究成果为科学评价泸定水电站深部渗透稳定提供了重要依据,同时,也为其他类似工程安全评价提供了重要借鉴。

摘要：地层结构显著影响潜蚀的发生、发展过程,然而,目前大部分研究多集中在单一土体发生潜蚀的几何条件与水力条件方面,很少考虑地层结构的影响。针对实际工程中常见的地基结构——双层强透水地基,上层由内部稳定土体组成,充当反滤层,下层为内部不稳定土体,利用自行研制的基于平面激光诱导荧光技术的潜蚀可视化试验装置,开展不同层间系数条件下双层地基潜蚀可视化试验研究,重点探讨层间系数对潜蚀发生、发展过程的影响机制。试验结果表明:上层土体能够显著提高下层土体潜蚀发生的临界坡降和破坏坡降,其与层间系数近似呈负相关关系,层间系数越小,潜蚀发生的临界坡降和破坏坡降越大。层间系数对双层地基颗粒运移模式及破坏模式均有显著影响。层间系数≤5时,下层土体中运移流失的细颗粒聚集、淤堵在接触面,最终导致接触面附近出现明显的拉裂破坏;层间系数>5时,上层土体不能有效保护下层土体,下层土体中运移出来的细颗粒大量进入上层,最终下层土体发生潜蚀破坏。基于试验结果,提出了适用于被保护土体为内部不稳定土的反滤层设计方法,并利用已有的试验结果验证了该方法的有效性和可靠性。

摘要：在坝、闸和堤防等水工建筑物的设计和运行管理中,渗流计算占有非常重要的地位。目前渗流分析的方法以一般有限元方法为主。在渗流分析时往往希望通过加密网格来追求更高精度的数值结果,但是由于一般有限元法属于协调有限元方法,它不适合处理混合剖分网格,加密网格容易导致计算格式不稳定、计算结果不收敛。而弱有限元方法是一种非协调有限元方法,用弱函数的弱梯度算子替代一般有限元方法变分式中的经典梯度算子,并在变分式中增加稳定子项,保证了计算格式的绝对稳定性,并且它适用于混合网格。对于同一剖分网格,弱有限元法的总体代数方程组的自由度远远比一般有限元方法的要大很多,为了降低弱有限元法的自由度,探讨根据弱有限元方法适用于混合剖分网格的特点,采用有针对性的混合剖分网格,运用弱有限元法求解渗流自由面和进行有防渗帷幕的闸基渗流分析,数值结果表明弱有限元方法能灵活处理混合剖分网格,并且计算结果具有高精度。

摘要：为了确保洞庭湖区堤基安全,根据堤基地质特点,建立了多元结构堤基的垂直防渗概化模型;并采用渗流有限元法对影响半封闭式防渗墙防渗效果的各种因素进行了较为全面系统的研究,分别得到了天然弱透水覆盖层、第二层强透水层、防渗依托层、依托层下伏强透水层的厚度、渗透性对堤内和堤脚附近最大渗透坡降的影响曲线.计算结果表明,防渗依托层的厚度、渗透性对堤内、堤脚附近最大渗透坡降的影响程度远远大于其他因素,其对半封闭式防渗墙防渗效果起决定性的作用;在所有次要因素中,天然弱透水覆盖层的厚度、渗透性对堤内最大渗透坡降的影响较其他因素大,尤其对堤脚附近渗透坡降的影响比较明显.本文的研究成果既可用于定量研究半封闭式防渗墙的防渗机理,也可以为垂直防渗墙的设计提供可靠的理论依据.

摘要：土体的密实程度对土体的工程性质影响很大。获得给定相对密实度下的初始颗粒堆积体,是利用离散单元法进行土体细观力学分析的重要前提。基于离散单元法,首先获得颗粒在自重作用下稳定后的最松散堆积体。其次提出采用减小压实过程中颗粒间摩擦系数的拟振动压实法来模拟现实中的振动压实作用,并验证了其可行性。当压实过程中颗粒间摩擦系数为0时获得最密实堆积体。研究了拟振动压实过程中颗粒间摩擦系数与压实稳定后的堆积体孔隙率的关系。最后根据该关系可估算出获得任意给定相对密实度堆积体所需的压实过程中颗粒间的摩擦系数。研究结果表明:颗粒的配位数与粒径近似满足指数关系;通过减小压实过程中颗粒间的摩擦系数能较好的模拟振动压实效果;压实过程中颗粒间的摩擦系数与堆积体孔隙率满足负指数关系;该方法可获得任意相对密实度下的颗粒堆积体,可以为土体细观力学的数值模拟提供初始颗粒堆积结构。

摘要：根据泄洪雾化范围的估算式,参照二滩电站等重大水电工程设计所采用的雾化范围,确定所研究水电站的泄洪雾化范围;结合电站的主要结构面性质,确定其左岸下游潜在的滑坡体。基于考虑泄洪雾化作用的饱和-非饱和非稳定渗流理论,研究了左岸下游边坡潜在滑坡体周界上的扬压力随泄洪雾化过程的演变规律,在设计防护方案的基础上提出3种防护比较方案,通过对不同方案的防护效果比较,最终确定了最优的泄洪雾化防护方案。