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考虑流固耦合作用的管涌发展数学模型研究

岩土工程学报 2011年第8期33卷 1265-1270页

作者：梁越陈亮陈建生重庆交通大学省部共建水利水运工程教育部重点实验室重庆400074 重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心重庆400074 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098 河海大学岩土工程研究所江苏南京210098

根据质量守恒定律,针对单元体中移动颗粒的质量守恒,得到了管涌过程中移动颗粒的连续性方程;颗粒的运动与流体的流动相互关联,结合渗流的连续性方程,得到了管涌发展过程中的流固耦合模型;根据颗粒流失与渗流场变化的相互关系,对渗透系... 详细信息

根据质量守恒定律,针对单元体中移动颗粒的质量守恒,得到了管涌过程中移动颗粒的连续性方程;颗粒的运动与流体的流动相互关联,结合渗流的连续性方程,得到了管涌发展过程中的流固耦合模型;根据颗粒流失与渗流场变化的相互关系,对渗透系数、单位流失量、孔隙率等参数的联系进行量化,结合初始条件与边界条件,即可实现耦合模型的求解。最后,针对一维管涌情况,利用分时步法对模型进行解耦,以有限差分法对模型进行离散并成功求解,分析了管涌过程中颗粒流失、流速、孔隙率以及剩余颗粒量等参数的变化规律;在不同水力梯度下进行重复试验,分析了水力梯度在管涌发展中对各参数变化规律的影响。

关键词：流固耦合管涌质量守恒定律起动流速有限差分法

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熵权–集对分析模型探测堤坝渗漏

岩土工程学报 2014年第11期36卷 2136-2143页

作者：王涛陈建生王婷河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098 河海大学岩土工程科学研究所江苏南京210098 湖州职业技术学院建筑工程分院浙江湖州313000

堤坝渗漏过程中水流携带的各种物质构成"信息流",通过"信息流"中的"信息熵"可以确定地下流场的性质,其中运用水化学和环境同位素方法探测堤坝渗漏已经得到广泛应用。基于信息熵和集对分析系统理论,并结合水化学和环境同位素探测方法,建... 详细信息

堤坝渗漏过程中水流携带的各种物质构成"信息流",通过"信息流"中的"信息熵"可以确定地下流场的性质,其中运用水化学和环境同位素方法探测堤坝渗漏已经得到广泛应用。基于信息熵和集对分析系统理论,并结合水化学和环境同位素探测方法,建立了一种新的堤坝集中渗漏通道探测模型:熵权—集对分析模型。将PH,电导,Cl-,δD和δ18O作为探测指标,依据探测指标和判断标准界限值的关系,对待测样本进行同一、差异和对立的集对分析,计算各探测指标联系度;采用基于极大熵原理的熵权赋值法确定不同指标的权重,计算各样本综合联系度;并据此将待测样本分类,进而确定钻孔内水的来源。最后将该模型应用于探测南方某水库堤坝渗漏问题,并利用流速和温度探测方法相互验证,分析表明:该模型探测结果跟流速和温度探测结果相吻合。

关键词：信息熵熵权法集对分析堤坝渗漏

塔里木盆地与北山地区高放废物处置地质环境安全性对比分析

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岩石力学与工程学报 2007年第A1期26卷 3297-3303页

作者：陈建生赵霞河海大学岩土工程研究所江苏南京210098

参照地震发生频率、地块稳定特性等地质环境因素,结合水中的同位素及水化学特征分析,对塔里木盆地东部地区的核试验场地与北山地区作为高放废物处置场的预选址的安全性与合理性加以对比论述。研究结果显示,北山地区30 km以下的下地壳中... 详细信息

参照地震发生频率、地块稳定特性等地质环境因素,结合水中的同位素及水化学特征分析,对塔里木盆地东部地区的核试验场地与北山地区作为高放废物处置场的预选址的安全性与合理性加以对比论述。研究结果显示,北山地区30 km以下的下地壳中存在着高导低速层,附近地区历史上曾发生过多次大地震,是一个相对不稳定地块。北山的地下水经分析并非是最初认定的"古水",也不是来自当地降水,而是祁连山的降水通过深大断裂带补给的,北山附近的花海地区自流井的流量就达到了106 m3/a。北山地区的深层地下水为淡水,径流速度较快,下游为生态与环境的重点保护区额济纳盆地,因此会不利于将其作为高放废物处置场的选址。相比较而言,塔里木盆地东部地区历史上从未发生过较大的地震,地壳层中不存在高导低速层,同位素数据显示其地下水主要来自当地的降雨和河流的入渗补给,地下水中总溶解固体随着深度的增加而增加,地下水的循环周期较长,地下径流的最终排泄区是罗布泊荒漠戈壁地区,而且塔里木盆地东部军事禁区存在面积超过3 000 km2的花岗岩。因此在已经受到污染的核试验地区修建永久性处置高放废物要比北山地区更为安全,即使未来发生最不利的污染等事件也可以将对环境与生态的破坏降到最低。

关键词：环境地质学高放废物处置地震高导低速层地下水流速同位素分析

放射性同位素示踪稀释法测定涌水含水层渗透系数

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核技术 2007年第9期30卷 739-744页

作者：叶合欣陈建生河海大学科学研究院

根据放射性同位素探测到的垂向流速及示踪剂浓度变化对含水层进行了完整的分类,全面总结了稀释公式的适用性,指出对涌水含水层不能用其测得地下水水平渗透流速。论证了对具有天然水力坡度的含水层,其涌水量仍可用相关井流公式来计算。... 详细信息

根据放射性同位素探测到的垂向流速及示踪剂浓度变化对含水层进行了完整的分类,全面总结了稀释公式的适用性,指出对涌水含水层不能用其测得地下水水平渗透流速。论证了对具有天然水力坡度的含水层,其涌水量仍可用相关井流公式来计算。提出采用钻孔示踪技术与注水试验相结合的方法获取涌水含水层的渗透系数。首先测量天然状态下示踪剂随时间的浓度变化,计算含水层在孔中的垂向流速(包括大小及方向)、流量,然后向孔内注水产生不同的水头,得到另一种状态下该含水层的垂向流速、流量,进而求出含水层的渗透系数。分别给出了在稳定流与非稳定流状态下,计算渗透系数的表达式。该方法简单易行,同样适用吸水含水层,扩大了示踪技术的应用范围。最后将该方法应用于工程实例,并得到检验。

关键词：放射性同位素广义稀释公式垂向流示踪测井注水试验渗透系数

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利用温度示踪方法探测基坑渗漏

岩石力学与工程学报 2004年第12期23卷 2085-2090页

作者：董海洲陈建生河海大学岩土工程研究所南京210098

建筑基坑的降水、防渗和支护工作需要了解地下水渗流场的分布、补给与排泄等规律,以便于作出有针对性的处理。温度是地下水运动的天然示踪剂,正常地层温度的分布是连续且规律的,在季节气温影响点(如钻孔温度曲线上的拐点)以下深部地层... 详细信息

建筑基坑的降水、防渗和支护工作需要了解地下水渗流场的分布、补给与排泄等规律,以便于作出有针对性的处理。温度是地下水运动的天然示踪剂,正常地层温度的分布是连续且规律的,在季节气温影响点(如钻孔温度曲线上的拐点)以下深部地层的温度将随着深度的增加而上升。但由于地下水的运动影响,会产生温度分布的异常现象。分析了钻孔中由于地下水流动对温度曲线的影响,根据地层中温度的异常变化判定地层渗流的分布情况,利用温深曲线的异常来提取地下水渗流场的有关信息,如确定地层的渗透性,强渗漏带,集中渗漏通道以及地下水的补给关系等。对南京地铁三山街站基坑进行了地下水温度示踪探测分析,发现地下连续墙深度不够,存在裂缝,隔水效果差,是基坑渗水的主要原因,由此造成了基坑周围地面的沉降,并提出了相应的处理措施。

关键词：水文地质温度示踪基坑渗流场强渗漏带

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北江大堤石角堤段渗漏探测分析

岩土工程学报 2002年第4期24卷 436-441页

作者：陈建生刘建刚河海大学土木工程学院江苏南京210024

从北江大堤石角段的地质环境条件出发 ,根据同位素示踪和天然示踪 (包括水文地球化学条件 )的实际资料综合分析论证了石角段的基岩渗漏 ,认为石角段历年发生的渗透变形主要源于基岩集中渗漏通道 ,并通过连通试验证实。目前存在两条集中... 详细信息

从北江大堤石角段的地质环境条件出发 ,根据同位素示踪和天然示踪 (包括水文地球化学条件 )的实际资料综合分析论证了石角段的基岩渗漏 ,认为石角段历年发生的渗透变形主要源于基岩集中渗漏通道 ,并通过连通试验证实。目前存在两条集中渗漏通道 ,并仍处于进一步的发展过程中。

关键词：北江大堤石角堤段渗漏变形温度电导流速流向水文地球化学

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焦作矿区地下水中氢氧同位素分析

煤炭学报 2012年第5期37卷 770-775页

作者：黄平华陈建生宁超河海大学土木与交通学院江苏南京210098 河南理工大学资源环境学院河南焦作454000

为确定焦作矿区地下水来源,系统采取并测定了各种水体(泉水、地表水、第四系水、砂岩水、太灰水和奥灰水)的氢氧同位素(δ18O,δ2H,3H)和常规水化学离子,得到了矿区浅层孔隙水和深层裂隙水δD-δ18O组成关系,对比分析地下水、地表水和... 详细信息

为确定焦作矿区地下水来源,系统采取并测定了各种水体(泉水、地表水、第四系水、砂岩水、太灰水和奥灰水)的氢氧同位素(δ18O,δ2H,3H)和常规水化学离子,得到了矿区浅层孔隙水和深层裂隙水δD-δ18O组成关系,对比分析地下水、地表水和泉水的δ18O,δ2H,3H及Cl-,TDS特征。结果表明:矿区深层地下水主要接受山区岩溶水的侧向补给,补给高程及区域为海拔400～800 m的碳酸盐岩裸露区;当地降水为浅层地下水的主要补给来源;西部矿区地下水的70%来源于丹河水的泄漏;煤矿区地下水D漂移特征明显,形成机理是地下水与烃基和H2S交换作用的结果。

关键词：焦作矿区地下水氢氧同位素补给高程漂移

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双层堤基管涌发生发展的试验模拟与分析

岩土工程学报 2011年第4期33卷 624-629页

作者：梁越陈建生陈亮沈坚强河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098 河海大学岩土工程研究所江苏南京210098

利用室内试验模拟了双层堤基管涌的发生及发展过程。通过分析水头分布、流量、以及出砂量等的变化,将破坏的发生及发展归结为4个阶段:上覆层破坏前的稳定阶段、上覆层破坏阶段、上覆层破坏后的稳定阶段、整体破坏阶段。研究发现,在上覆... 详细信息

利用室内试验模拟了双层堤基管涌的发生及发展过程。通过分析水头分布、流量、以及出砂量等的变化,将破坏的发生及发展归结为4个阶段:上覆层破坏前的稳定阶段、上覆层破坏阶段、上覆层破坏后的稳定阶段、整体破坏阶段。研究发现,在上覆层破坏前,上覆层承担了大部分的水头差,当上覆层破坏后,这部分水头差转由下伏砂层承担,造成下伏层水力梯度的升高,如果水力梯度超过了下伏层的临界水力梯度,则下伏层发生渗透破坏。一次渗透破坏发生后,降下上游水头,重复增加水头的过程,模拟地层在多次渗透破坏作用下,地层抵抗渗透破坏能力的变化。发现一旦渗透破坏发生后,地层再次抵御渗透破坏的能力急剧下降,多次破坏后,试样内形成贯穿上、下游的集中渗漏通道,且通道规模随着试验次数的增加而增长,若不及时采取有效措施,当通道规模发展到一定程度后,通道上部会发生塌落而使堤坝产生溃口,进而使堤坝溃决。

关键词：双层堤基管涌渗透破坏室内试验

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阿拉善沙漠湿沙层水分来源同位素示踪

水科学进展 2014年第2期25卷 196-206页

作者：陈建生陈茜茜王婷河海大学地球科学与工程学院江苏南京210098 河海大学土木与交通学院江苏南京210098

为弄清阿拉善沙漠湿沙层的水分来源,在该地区进行了人工模拟降水入渗的示踪试验。模拟单次降水量为59 mm,观察剖面最大入渗深度仅为46 cm,这一结果表明该地区的降水几乎不能通过沙层入渗到地下水中。对4个沙丘湿沙层剖面中不同深度的含... 详细信息

为弄清阿拉善沙漠湿沙层的水分来源,在该地区进行了人工模拟降水入渗的示踪试验。模拟单次降水量为59 mm,观察剖面最大入渗深度仅为46 cm,这一结果表明该地区的降水几乎不能通过沙层入渗到地下水中。对4个沙丘湿沙层剖面中不同深度的含水率、Cl-、δD与δ18O进行了分析,数据显示在蒸发能力极强的阿拉善地区,地下水是以薄膜水的形式,通过蒸发、凝结向地表运动,最终蒸发排泄。泉水、井水、湖水与土壤水中的同位素特征表明具有相同的补给源,均来自于地下水。推断横穿阿拉善地块的杂多-雅布赖断裂带与狼山-日喀则断裂带中可能存在地下水深循环通道,青藏高原河流、湖泊的渗漏水可能是阿拉善地下水的主要补给源。

关键词：同位素示踪地下水深循环阿拉善沙漠模拟降水试验