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1.
《岩土力学》2017,(6):1550-1556
采用悬挂式防渗墙的坝基砂砾石土中可能发生潜蚀(suffusion)侵蚀而流失细颗粒,导致土体的强度和变形模量降低,从而对坝基防渗墙及上部坝体造成不利影响。定量描述细颗粒流失量对砂砾石土应力-应变关系影响的模型是定量评估这种影响的基础之一。提出了研究这种本构模型的试验方案,进行了三轴和侧限压缩试验研究了颗粒流失量对应力-应变关系的影响。颗粒流失未改变土体的应力-应变特性,但降低了土体的强度和变形模量。通过建立模型参数与流失量的关系,可以用同一个本构模型描述流失量时空变化的砂砾石土本构关系。基于邓肯E-B模型,建立了模型参数与颗粒流失量之间的定量关系表达式,从而实现了颗粒流失对应力-应变关系影响的定量描述方法。 相似文献
2.
受降雨作用,球状风化花岗岩类土质边坡的土-岩差异风化界面极易演化为优势渗流通道而发生渗流潜蚀,进而加速该类边坡的变形失稳,然而当前有关其渗流潜蚀作用特征、细颗粒迁移规律等的研究仍鲜见开展。基于多孔介质非饱和渗流理论,综合考虑细颗粒运移、潜蚀启动响应与非饱和渗流的耦合关系,提出一种可准确描述土-岩界面渗流潜蚀过程的数值计算框架。采用有限元方法,构建优势流作用下非饱和花岗岩残积土的渗流潜蚀模型,并以均质土柱的渗流潜蚀过程为参考,系统研究3种典型土-岩界面埋藏状态下的优势流潜蚀特性。结果表明：球状风化花岗岩类土质边坡的土-岩界面与基质渗透性存在高度差异性,湿润锋形成向下凹陷的渗透漏斗,且随着降雨的持续,湿润锋的凹陷程度愈发明显;细颗粒流失程度与土-岩界面的埋藏状态相关,其中下填土体工况的优势流潜蚀最为显著,其界面处甚至出现超孔隙水压力,最不利于该类边坡的稳定性。研究成果可为降雨条件下球状风化花岗岩类土质边坡稳定性的准确评价提供科学依据。 相似文献
3.
渗透变形是颗粒材料中细颗粒在渗流作用下发生重分布且导致土体的内部结构、水力及力学特性发生变化的现象,是导致砂砾石土地基及堤防结构破坏的主要原因之一。利用自主研发的刚性壁渗透仪对不同级配及细颗粒含量的间断级配砂砾石土在恒定水头渗流作用下进行渗透变形全过程试验,监测了渗流过程中的局部水力梯度空间分布以及竖向位移变化,分析了渗透试验结束后土体的颗粒级配空间分布变化。研究结果表明：土粒中细颗粒所处的欠填、满填及过填3种堆积状态决定了粗、细颗粒间不同的接触方式,影响其渗透性。渗透试验结束后细颗粒流失量沿试样高度的空间分布可以划分为3个区域,即顶部流失区、中部均匀区及底部流失区。局部水力梯度的快速下降伴随着竖向位移的突变,意味着渗透变形的开始;渗透变形启动时的局部水力梯度大于全局水力梯度,证实了采用大尺寸试验执行渗透试验的必要性。细颗粒处于过填状态的试样依然会发生渗透变形且导致强烈的沉降变形,值得进一步的研究。 相似文献
4.
土体渗透稳定性判定准则 总被引：1，自引：0，他引：1
土体的渗透稳定性是指在渗流条件下宽级配土体内粗颗粒阻止细颗粒流失的能力,土体的渗透稳定性受几何条件、水力条件和物理条件的影响。从几何条件出发,通过对收集的167种土的室内渗透侵蚀试验结果的分析,基于对土体渗透稳定性控制变量地研究,将土分成良好级配土和间断级配土两大类;基于细粒（小于0.063 mm）含量的不同,将每类土又细分为3类,针对不同细类土提出了不同的渗透稳定性几何判定准则。从水力条件出发,研究了应力状态对土体渗透侵蚀起动及破坏水力梯度的影响。试验结果表明,起动水力梯度和破坏水力梯度都随着围压的增大而增大,是由于增大围压使得颗粒间的摩擦力增大的结果。 相似文献
5.
潜蚀是指在渗流作用下，内部不稳定土中的可动细颗粒沿孔隙通道迁移的现象。在潜蚀的数值分析中，描述渗流作用下土中沉积细颗粒向流动细颗粒转化过程的潜蚀本构模型是数值分析结果可靠与否的核心。当前已存在不少基于恒定水力条件提出的潜蚀模型，但考虑水力波动作用的潜蚀模型还较为欠缺。首先，对不同水力条件下细颗粒迁移机制进行了归纳总结，强调了波动水力条件下细颗粒迁移机制的特殊性。然后，基于细观物理机制，利用沉积细颗粒向流动细颗粒的体积转化速率，建立了一个可同时考虑孔隙流速大小、孔隙流速变化速率以及水力作用时间的潜蚀本构模型。基于一套拟合参数，该模型较好地拟合了已有试验研究中多种波动水力路径下的细粒流失过程，证明了该模型的有效性。 相似文献
6.
碎石土是一种非连续、非均质的结构性材料,由于内部含有大量碎石块,容易形成架空结构,使其内部形成复杂独特的渗流通道即优先流通道,碎石土优先流通道是包括水分运移和土体细颗粒迁移的复杂过程,但在研究其优先流路径时通常只考虑了水分的运移而忽略了细颗粒的迁移,颗粒迁移与通道形成密切相关。为此,对两种不同级配土柱(粗细颗粒连续级配和间断级配)分别进行饱和渗流-颗粒迁移试验,从细颗粒迁移的角度分析通道形成的时空发展规律。试验结果表明：细颗粒迁移一部分由于流失引起碎石土渗透性增大,另一部分由于重新沉积而堵塞局部孔隙,降低渗透性,两者作用结果最终加速优先流通道形成;连续级配的碎石土形成大面积交叉分布的管网状渗流通道,间断级配的碎石土则形成集中渗流通道;相同水力条件下,不同级配细颗粒迁移的空间分布特征不同,连续级配的碎石土细颗粒迁移不随空间位置的差异而发生变化,间断级配的碎石土细颗粒迁移随空间位置的差异而发生变化,两种级配下碎石土细颗粒主要流失量的粒径范围均在1～0.075 mm;不同水力梯度条件下,连续与间断级配试验细颗粒流失量均随水力梯度增加而增大,间断级配的碎石土破坏时水力梯度小于连续级配破坏时水力... 相似文献
7.
《岩土力学》2017,(7):2087-2095
深厚覆盖层坝基潜蚀不一定导致坝基的渗透破坏。但坝基砂砾石土内部细颗粒的流失,一方面会增大土体的渗透性;另一方面可降低土体的强度和变形模量。前者导致坝基坝体渗流场的变化,从而引起坝体变形和应力变化,后者变形模量衰化,导致坝基坝体变形和应力调整。潜蚀造成的坝基和坝体应力变形对大坝的正常使用和安全性带来一定负面影响,定量评估这种影响是内部不稳定砂砾石深厚覆盖层坝基采用悬挂式防渗墙处理方案设计和该类大坝运行管理的迫切需求。提出了潜蚀对大坝应力变形影响的模拟方法,对一个典型大坝设计方案进行了计算分析,该设计方案中潜蚀造成应力变形变化的两种机制中,渗流场变化机制对坝基坝体的应力变形改变远大于模量衰化造成的影响。总体上该方案潜蚀造成的坝体变形和应力变化并未显著降低坝体的安全性。 相似文献
8.
针对具有初始各向异性的间断级配砂土细粒潜蚀问题,引入可以考虑颗粒投影面积影响的Ganser拖曳力计算模型,实现非球形颗粒的计算流体动力学（computational fluid dynamics,简称CFD）和离散元（discrete element method,简称DEM）的双相耦合。通过与单颗粒下沉试验的对比,验证了该数值方法在解决异形颗粒与流体相互作用时的适用性。在此基础上,生成具有不同沉积方向和不同细粒含量的初始各向异性试样,模拟向上渗流潜蚀试验,并在试验中监测细粒流失量、强弱力链组成以及颗粒组构变化等宏微观特性,研究不同充填状态下（欠填充和过填充）不同组构各向异性土体渗流潜蚀特征。之后,对受潜蚀前后的试样进行了排水三轴试验,探究渗流对土体强度弱化的影响。结果表明,过填充试样质量损失随着颗粒沉积角度的增大而增大,而欠填充试样质量损失随沉积角度先增大后减小;欠填充试样细粒损失主要来源于低连通性细颗粒,而对于过填充试样,潜蚀则会导致低连通性和高连通性细颗粒数量同时减小。此外,三轴试验表明,潜蚀致土体峰值强度发生显著弱化,且峰值强度随沉积角度的变化也会受到土体充填状态的影响。 相似文献
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三相耦合渗流侵蚀管涌机制研究及有限元模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
管涌的发生、发展过程是土骨架相在渗流作用下侵蚀为可动细颗粒相,并随水相在孔隙通道中运移流失的过程。在该过程中,渗流与侵蚀相互耦合,相互促进,水相、土相、可动细颗粒相互作用,因此,管涌过程是一个多场、多相耦合的高度非线性的动态过程。现有的管涌试验结果表明,只有当水力梯度大于起始水力梯度时,细颗粒相才会随水相从土体中运移流失,土体才会发生管涌侵蚀,且管涌稳定后土体的孔隙率（稳定孔隙率）和水力梯度之间存在对应关系,根据该结果,提出管涌稳定孔隙率的概念,修正传统的渗流侵蚀本构方程,建立多孔介质中三相耦合的修正的渗流侵蚀管涌控制方程。最后,针对特定应力状态下的土体建立稳定孔隙率和水力梯度之间的对应关系。基于Galerkin有限元法编制有限元程序,在轴对称情况下对该土体的管涌过程进行数值模拟。结果表明,修正后的管涌控制方程能更全面地描述管涌发生、发展直至稳定状态的特性。 相似文献
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通过模型模拟试验，本文着重讨论了在底含渗突水条件下井筒的受力变形特性。试验结果表明：在渗突水条件下，底含土体内水平应力呈降低趋势；井壁纵向应力升高趋势明显，并表现出很高的不均匀性，其中底含顶界部位井壁表现尤为明显；底含砂岩中井壁受力呈非稳定变化。井筒成为底含土体因渗流潜蚀架空而应力降低的重要应力转嫁支承体。过去把井壁纵向附加力完全归结于由底含失水压缩围抱井筒下沉而产生的观点值得商榷。 相似文献
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Hydro-mechanical coupling experiments on suffusion in sandy gravel foundations containing a partially penetrating cut-off wall 总被引：1，自引：1，他引：0
The influence of the stress state on the evolution of suffusion failure is often neglected in the design of sandy gravel foundations containing a partially penetrating cut-off wall. A series of hydro-mechanical coupling experiments on such structures was carried out to investigate the influence using a newly designed apparatus. The results indicate that: (1) The stress state has a significant influence on the evolution of suffusion, which increases the critical suffusion hydraulic gradient dramatically. (2) The critical suffusion hydraulic gradient is linearly related to the confining pressure and to the penetration ratio, and a simple interpolation function for the critical hydraulic gradient was fitted based on the experimental results. (3) The eroded mass in the development of suffusion is nonuniform and intermittent. The evolution of suffusion is a complicated and iterative process involving fine particle migration, pores being clogged, flushing out of the clogged pores, and fine particle remigration. (4) Flow along the interface of sandy gravel and cut-off wall conforms to the piecewise-linear Darcy flow rule. The results will enhance the understanding of the influence of the stress state on the suffusion failure in sandy gravel foundations containing partially penetrating cut-off walls. 相似文献
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Fabrice G. Renaud Jörn Birkmann Marion Damm Gilberto C. Gallopín 《Natural Hazards》2010,55(3):749-763
External suffusion, as selective erosion of fine particles through the contact with a coarser layer and moving away, is an
important phenomenon in dams which may lead to their failure. To study the initiation of external suffusion, caused by water
level increase upstream the dam, a series of experimental investigations were conducted on laboratory-scale model, in the
hydrodynamic laboratory of école polytechnique de Montreal. On the built model, clay/moraine formed the core, sand was used
as a filter and gravel performed the role of the pervious layer. Several different models (in geometry and constituent materials)
were built and subjected to the water level increase upstream, which resulted in changes in the hydraulic gradient. The results
showed no evidence of considerable suffusion on the clay/moraine and sand interface, while the visual and quantitative data
show the presence of suffusion on the sand and gravel interface. The results of the experiments show that, when focusing on
the critical hydraulic gradient that initiates the movement of the clay/moraine particles, it can be concluded that despite
the differences in test conditions, the critical hydraulic gradient has approximately the same value in all cases. It was
also shown that increasing the length of the filter layer or applying stair-like slopes does not have great impacts on the
initiation of suffusion, whereas the gravel-size distribution has a great impact on the erosion rate. 相似文献
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细砂层埋深对堤基管涌影响的试验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
不同土层结构的堤基,其管涌发生和发展的情形不同。以前的研究多集中于双层堤基的情况。事实上,含夹砂层堤基中,位于砂砾石层内的细砂层会对堤基管涌的发生产生重大影响,并且这些影响随细砂层在砂砾石层中的位置不同而不尽相同。利用室内砂槽试验,模拟当细砂层位于砂砾石层内部不同深度时含夹砂层堤基管涌的发展过程,研究细砂层埋深对 堤基管涌的影响。试验结果表明,细砂层埋深存在一个临界深度,当细砂层埋深较浅时,堤基的临界水力梯度较小,易于发生管涌,且管涌发生以后,堤基被侵蚀的速率较大,出砂较多;堤基破坏的临界水力梯度随着细砂层埋深的增加而增大,当细砂层埋深大于临界埋深时,堤基的临界水力梯度基本不变,同时堤基抵抗管涌破坏的能力较强,其破坏形式与双层堤基 相类似。 相似文献
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粉砂地基深基坑渗透破坏研究 总被引：3，自引：0，他引：3
在地下水丰富的砂土和粉土地区进行深基坑开挖,坑内降水施工或渗漏引起的渗透破坏问题是威胁基坑稳定性和周围环境的主要因素。通过模型试验结合数值模拟,研究了土体密实度、黏聚力、内摩擦角、桩土界面摩擦特性以及围护结构插入深度等因素对临界水力梯度以及渗透破坏模式的影响。研究表明,发生渗透破坏时的水力坡降不仅与土的密实度有关,还与土性、强度指标、桩表面粗糙度以及围护结构的插入深度等因素有关,这些结论为实际基坑工程分析提供了指导。 相似文献
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堰塞坝是由于崩塌、滑坡、泥石流等形成的天然坝体,不同于人工土石坝,堰塞坝坝体结构松散,颗粒级配不均匀,在较高水头作用下坝体可能发生渗透破坏而导致溃坝,严重威胁下游人民群众的生命及财产安全。由于堰塞坝存在较大粒径颗粒,常规的渗透试验装置难以满足要求,本文研制了直径为60cm的大直径渗透试验仪,进行了不同堰塞坝级配材料的渗透破坏试验,并探讨了堰塞坝体材料渗透特性的主要影响因素。研究发现:（1）堰塞坝材料的渗透破坏形式取决于材料级配,粗颗粒含量较多时为管涌破坏,细颗粒含量较多或粒径缺失时为流土破坏;（2）堰塞坝渗透系数随干密度的增大而减小,主要取决于细料填充粗料孔隙的程度,单独使用不均匀系数或曲率系数不适用于评价渗透系数的变化;（3）基于试验数据提出了用于堰塞坝渗流破坏形式的判别公式,并推导出堰塞坝管涌破坏的临界水力坡降计算公式。 相似文献
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钱塘江冲海积粉土以砂质粉土为主,呈“高粉性、低黏性”的地区特点,在地下水动水压力作用下极易产生渗透破坏。粉土是介于砂性土和黏性土之间的一种过渡类型土,工程性质既与砂性土不同又与黏性土有较大区别。采用自行研制的粉土抗渗强度测定设备,对钱塘江冲海积粉土5种典型样本和微层理原状样本进行了渗透稳定试验。结果表明,钱塘江冲海积粉土渗透稳定性差,抗渗强度低;砂质粉土临界水力比降icr为1.01～1.25,破坏形式为局部流土,从临界水力比降icr发展到破坏比降iF的过程是瞬间的,基坑开挖遇到该类土层极易产生渗透破坏;黏质粉土临界水力比降icr随黏粒含量增加而增加,从临界水力比降icr发展到破坏比降iF有个短暂的过程,是整体流土破坏;钱塘江冲海积粉土渗透稳定各向异性;渗流垂直微层理方向的临界水力比降icr最大,是渗流沿微层理方向icr的2.5倍左右。研究结果为粉土地基渗透破坏防治提供参考。 相似文献
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Suffusion involves fine particles migration within the matrix of coarse fraction under seepage flow, which usually occurs in the gap-graded material of dams and levees. Key factors controlling the soil erodibility include confining pressure (p′) and fines content (Fc), of which the coupling effect on suffusion still remains contradictory, as concluded from different studies considering narrow scope of these factors. For this reason, a systematical numerical simulation that considers a relative wide range of p′ and Fc was performed with the coupled discrete element method and computational fluid dynamics approach. Two distinct macroresponses of soil suffusion to p′ were revealed, ie, for a given hydraulic gradient i = 2, an increase in p′ intensifies the suffusion of soil with fines overfilling the voids (eg, Fc = 35%), but have negligible effects on the suffusion of gap-graded soil containing fines underfilling the voids (eg, Fc = 20%). The micromechanical analyses, including force chain buckling and strain energy release, reveal that when the fines overfilled the voids between coarse particles (eg, Fc = 35%) and participated heavily in load-bearing, the erosion of fines under high i could cause the collapse of the original force transmission structure. The release of higher strain energy within samples under higher p′ accelerated particle movement and intensified suffusion. Conversely, in the case where the fines underfilled the voids between coarse particles (eg, Fc = 20%), the selective erosion of fines had little influence on the force network. High p′ in this case prevented suffusion. 相似文献
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对由弱透水黏土层、细砂层和强透水砂砾层组成的三层堤基进行了管涌发展的砂槽模型试验,为了便于观察分析,细砂层由各种颜色的细彩砂依次排列在砂砾石层上表面,通过改变彩砂层的厚度分析研究了不同细砂层厚度对管涌发生、发展机制及过程的影响。试验结果表明,三层堤基细砂层厚度的不同使管涌发生的临界水力梯度、涌砂量和通道发展的速度不同,与双层堤基有很大区别。临界水力梯度是由多种元素决定的,包括破坏土体的性质及其整体性等;细砂层的存在使流量在渗透变形初期对涌砂不敏感;在试验中发生的相同水位下多次间歇性涌砂,其原因一方面是颗粒在运动过程中发生堵塞,另一方面是通道边界的土体失去支撑发生应力释放,抵抗力随着时间逐渐减小。 相似文献