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《岩土力学》2017,(9):2465-2472
在堤基管涌发展机制的研究中,需考虑管涌通道四周破坏扰动松散层的影响。目前针对松散层渗透特性变化的定量试验数据较少。基于此,通过一维垂直向上渗流作用下均匀砂的渗透试验来研究临空面表层土体的松散过程和渗透特性变化情况。砂样垂向渗透变形发展过程中伴随着临空面表层土体松散破坏和松散层逐渐向深部扩展的过程。通过分析砂样沿程水头分布的调整变化情况得知,松散表层土体的渗透系数分布呈突变形式,即临空面松散薄层的渗透系数远大于其下松散砂层的渗透系数。由此类推,管涌通道边壁四周松散薄层的渗透系数远大于砂样整体渗透系数,松散层的存在使得管涌通道尖端坡降并不会达到很大值。这一点认识对管涌发展机制的研究至关重要。 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
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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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膨润土复合衬垫(geosynthetic clay liners,GCL)的防渗性能与膨润土颗粒水化后的多孔介质特性密切相关。通过建立去离子水环境下颗粒尺度GCL渗流的COMSOL数值计算模型,量化研究了颗粒膨胀对GCL有效孔隙率、迂曲度以及渗透系数的影响。研究结果表明,介观尺度膨润土颗粒的膨胀是影响GCL整体有效孔隙率、迂曲度及最终渗透系数的关键因素。膨润土颗粒膨胀会明显影响流径数量及流径通道宽度。当GCL的渗透系数接近10-11 m/s量级时,存在一条明显的主流径,初始孔隙率从0.5上升至0.6时,颗粒膨胀后的有效孔隙率从0.07上升至0.11,最小流径通道的宽度约为0.001 mm,大约为水分子的2 500倍。随着膨润土颗粒的膨胀,GCL内主流径迂曲度逐渐增加。当初始细颗粒直径为0.1 mm,初始孔隙率从0.5增加至0.6时,GCL内主流径迂曲度在1.2～1.4之间,但所有初始孔隙率下的主流径迂曲度变化范围在0.07左右。同时,渗透系数接近10-11 m/s量级时,膨润土颗粒膨胀对GCL渗透系数的影响非常显著,当孔隙膨胀率大于0.96后... 相似文献
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基于渗流和管流耦合的管涌数值模拟 总被引：6，自引：0，他引：6
堤坝地基的渗透变形过程实际上是“土中水”转变为“水中土”的过程。在渗透变形发生的集中管涌通道区域,采用常规渗流分析理论,单纯增大管涌通道渗透系数的方法是不太合适的。在未发生渗透变形的区域,用常规渗流理论计算;在管涌通道区域,用管流理论,公共边界上两者之间水头相等、流量大小相等且方向相反,能够较好符合渗透变形的发展规律。为了适应计算过程中内部边界条件不断变化的特点,采用无网格法伽辽金法（element free Galerkin method,EFG）对渗流场进行计算。算例计算表明,这种渗流-管流耦合的方法能够模拟管涌通道绕过防渗墙等复杂的发展过程。 相似文献
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为了揭示发育薄弱区对管涌发展的影响机制,进行了管涌砂槽模型试验和颗粒流数值模拟,建立了3组模型,以研究孔隙通道的空间发育对颗粒运移过程的影响,分析了土体内部细颗粒运移引起管涌破坏的动态过程。根据数值模拟结果,分析了管涌发展过程中试样细观及流体的变化规律,并与砂槽模型试验结果进行了比较,模拟与模型试验结果较吻合。结果表明,薄弱区越发育,压力分布调整的趋势越强,颗粒运移的趋势相应增加,达到破坏需要的时间越短。数值模拟获得的临界水力梯度与室内试验以及理论分析结果均比较接近,证明了采用颗粒流程序研究管涌问题是合理的,对研究存在薄弱区的砂土管涌现象具有明显的优势和广阔的应用前景。所揭示的结果有益于管涌机制的更深入研究。 相似文献
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在地面沉降过程中伴随着土体孔隙率和渗透系数的变化,但在模拟计算中为了降低计算量而忽略其变化,因而在一定程度上造成模拟结果与实际偏离。为了研究地面沉降数值模拟过程中孔隙率和渗透系数变化对模拟结果的具体影响,在Biot固结理论的基础上,耦合了Kozeny-Carman方程,建立了考虑固结过程中渗透系数变化的三维固结模型。以北京平原区的典型含水层结构为模拟对象,分别在考虑和忽略渗透系数变化的情况下进行抽水模拟,发现在考虑渗透系数变化的情况下,抽水后地层的渗透率体现了不均匀变化,在抽水井井壁附近渗透系数有所降低;考虑渗透系数变化下的地表最终形变量大于忽略渗透系数变化的情况;忽略渗透系数变化导致的模拟误差在沉降初期较小且具有继续发展的趋势,中后期较大并逐渐趋于平稳,且这一误差与抽水量正相关,与承压含水层压缩模量和渗透系数负相关,且随着承压含水层厚度的增加呈现先增大后减小的趋势。 相似文献
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《岩土力学》2020,(6)
黄土中水分入渗理论分析对预测土体附加变形及强度弱化十分重要,但现有针对均质地基的Green-Ampt入渗分析模型运用于黄土区还有较多不足。基于黄土入渗饱和-非饱和分层假定,考虑入渗过程中土体实际渗透系数随深度的变化,对Green-Ampt模型进行修正,并用实例进行了验证;通过测量累积入渗量和含水率的时变规律,并结合Philip模型与Green-Ampt模型的相关关系及实际渗透系数随时间的变化关系获取模型参数。结果表明,相比于WGAM和Kostiakov模型,修正模型在黄土区的应用效果更好。在修正模型基础上,分析了饱和渗透系数、饱和含水率、初始含水率以及基质吸力对水分入渗深度的影响规律,并对参数的敏感指数进行了分析与对比。发现土体初始和饱和含水率变化对模型计算结果产生较大影响。该模型的建立对黄土地区水分入渗规律相关研究有一定的积极作用。 相似文献
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冻融循环对黄土渗透系数各向异性影响的试验研究 总被引：1，自引：1，他引：0
为了反映冻融循环作用对原状黄土渗透各向异性及原状、 重塑黄土渗透差异的影响, 以西安Q3黄土为研究对象, 通过三轴固结渗透试验对比分析了冻融前后水平、 竖直向原状黄土及重塑黄土的渗透系数随初始含水率、 围压、 冻融循环次数变化的规律。结果表明： 未冻融时各级围压下竖直向原状黄土的渗透系数为2×10-6 ~ 18×10-6 cm?s-1, 水平向原状黄土和重塑黄土的渗透系数为0 ~ 4×10-6 cm?s-1; 经历冻融循环后, 水平、 竖直向原状黄土及重塑黄土的渗透系数与初始含水率的关系曲线分别呈现逐渐上升、 抛物线形式与变化平缓的不同特征, 而三者的渗透系数均随冻融循环次数的增加呈现数量级增大的趋势; 原状黄土的竖直 - 水平渗透系数比（kv /kh ）由冻融前的4.38逐渐减小到0.90, 可见冻融循环作用在显著提高黄土渗透性能的同时, 可以强烈弱化其各向异性特征。通过建立围压、 渗透系数与土体孔隙率的相关关系可知, 原状、 重塑黄土的孔隙率与围压存在极强的负线性相关性, 渗透系数随围压的增大呈典型指数衰减特征, 渗透系数与孔隙率具有相似的变化趋势, 因此冻融循环过程中土体孔隙率的改变是导致其渗透性质变化的主要原因。 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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Analysis of development and depth of backward erosion pipes in the presence of a coarse sand barrier
Akrami Sepideh Bezuijen Adam van Beek Vera Rosenbrand Esther Terwindt Jarno Förster Ulrich 《Acta Geotechnica》2021,16(2):381-397
Backward erosion piping (BEP) is a failure mechanism that can affect the safety of water-retaining structures. It can occur when a local anomaly on the downstream side of an embankment causes a concentration of seepage flow at that location. Shallow pipes may then form, progressing in the upstream direction and leading to a collapse of the water-retaining structure. A novel and economically appealing measure against BEP is the coarse sand barrier (CSB), which is now being developed in a multiscale experimental programme in the Netherlands. The method involves placing a trench filled with coarse sand below the blanket layer on the downstream side of the embankment. The CSB prevents the upstream progression of the pipe and significantly enhances resistance to BEP. This paper presents medium-scale laboratory tests involving a range of sands, barrier depths and relative densities. The piping process and the observations of pipe progression in the presence of a CSB are presented, followed by a conceptual model. The presence of a CSB changed the erosion pattern. It resulted in pipe formation perpendicular to the flow direction over the entire width of the barrier before the barrier was damaged. The findings also demonstrate the effect of material properties on pipe initiation, progression and pipe depth. Measurements of the pipe depth are presented and analysed, revealing the significance of pipe depth for understanding the piping process. This analysis shows considerable erosion in the downstream background sand and demonstrates that erosion profiles and measured pipe depths are significantly larger than in BEP tests without a CSB.
相似文献13.
塔里木盆地大宛齐油田康村组储层特征及评价 总被引：2，自引：1，他引：1
在地层对比的基础上,深入研究了大宛齐油田康村组储层的岩石学特征、储集砂体成因类型及其特征、储层孔隙类型、孔隙结构特征及储层分布规律.大宛齐油田康村组属于低弯度河进入极浅水湖泊形成的三角洲沉积体系,决定了它主要的储集砂体成因类型为三角洲砂体,其中又可细分为三角洲平原分流河道砂体、三角洲前缘水下分流河道砂体和河口砂坝砂体,主要储集空间类型是剩余原生粒间孔隙,其次是粒间溶孔和微孔隙.分流河道砂体以粒度较粗的中粗砂岩、含砾砂岩和细砂岩为主,发育大孔隙,粗喉道,孔隙度大,渗透率高,储集性能好;河口砂坝砂体,粒度相对较细,以细-粉砂岩为主,孔隙度相对较低,孔径也相对较小.纵向上,康村组中下部砂体较发育,上部次之,以砂泥互层形式叠置,但总体上砂岩含量不高,一般在15%~30%之间;康村组储层横向分布受物源等因素影响,呈现出东北部厚、西北部薄的特点.储层物性总的分布规律是由北东往南西方向,孔隙度减小,由南东往北西方向渗透率变差. 相似文献
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综合运用实测物性、测井解释物性、试油等资料,分别应用分布函数曲线法、测试法、试油法求取饶阳凹陷南部古近系中深层不同深度段的有效储层物性下限,并对物性下限与深度的关系进行了回归拟合。在此基础上,引入孔隙度差值,结合饶阳凹陷南部古近系中深层储层的沉积特征、成岩作用特征及地层压力特征分析,探讨了有效储层发育的控制因素。结果显示:研究区辫状河三角洲前缘水下分流河道、河口坝沉积微相有利于有效储层的发育,而席状砂、水下分流间湾砂体有效储层发育较少,储层物性较差;厚度大于3 m的砂体有利于有效储层的发育。研究表明:成岩作用对储层的影响主要表现为压实作用和胶结作用使储层物性降低,而溶蚀作用使储层形成次生孔隙、提高储集物性;地层超压的存在促进有效储层的发育。 相似文献
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Piping, as one of the critical patterns of internal erosion, has been reported as a major cause for failures of embankment dams and levees. The fundamental mechanism of piping was traditionally investigated through experimental trials and simplified theoretical methods in macroscale. Nevertheless, the initiation and progressive evolution of piping is a microscale phenomenon in its essence. The current understanding of the micro-mechanism of piping erosion is limited due to a lack of quantitative analysis and visualized evidence. And in fact, seepage flows can affect the soil fabrics and the development of contact forces between particles. But how these fabrics and contact forces evolve under a critical hydraulic gradient is still not fully understood. In this paper, the detailed process of piping erosion is investigated by using a coupled computational fluid dynamics and discrete element method (CFD–DEM) approach. The treatment of soil–flow interactions in CFD–DEM is explained by exchanging the momentum between the two phases. During the simulation, the piping erosion process is initiated by incrementally ascending differential water head across the soil samples. The three main stages of piping erosion (initial movement, continuation of erosion and total heave) can be identified from monitoring the particle velocity and positions. In addition, the evolution of contact force, hydraulic force, coordination number and void fraction is inspected to provide insight into the micro-mechanism of piping erosion. Two cases are simulated, one with a uniform particle size and a relatively uniform porosity distribution and the other with specific particle size and porosity distributions. An interesting finding from this study is that piping does not always initiate from the free surface and the evolution of piping depends heavily on the particle size and porosity distribution. 相似文献
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精细表征储层特征和储层结构是致密砂岩气藏开发中后期的主要技术需求。基于不同类型砂体的相似孔渗特征将辫状河沉积体系中河道充填和心滩砂体聚类为储渗单元,提出了储渗单元研究概念和研究思路,开展了辫状河沉积体系储渗单元发育模式研究。通过露头观测和测井相标志,识别出辫状河沉积体系中储渗单元发育四种叠置模式,即心滩叠置型、河道充填叠置型、心滩和河道充填叠置型、心滩或河道充填孤立型;基于储渗单元发育模式,提出了河流相致密砂岩气藏开发井型的适应性,指出辫状河沉积体系中河道叠置带是叠置型储渗单元发育的有利部位,是水平井开发的有利目标,辫状河沉积体系中的过渡带和洼地主要发育孤立型储渗单元,适合直井或丛式井组开发。鄂尔多斯盆地二叠系下石盒子组野外露头研究和苏里格气田加密井区井间干扰试验表明,辫状河沉积体系中储渗单元发育规模为顺古水流方向长600 m和垂直水流方向宽400 m左右,证实苏里格气田具备进一步加密到400×600 m的条件,预计可提高采收率15%～20%。 相似文献