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安哥拉梅农盖水田农场有机质粉质粘土渗透性质初探

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陕西水利 2014年第2期 90-91页

作者：杨丽娜戴彦雄机械工业勘察设计研究院陕西西安710043

在安哥拉梅农盖水田农场勘测过程中,在LONGA河漫滩部位具有一种黑色～棕褐色有机质粉质粘土层,该种土类以砂土作为构架,具有机质含量高、渗透性质不均匀、退化快等特点.在农场开发种植过程中,该类土的渗透性质成为制约其使用的关键要素... 详细信息

在安哥拉梅农盖水田农场勘测过程中,在LONGA河漫滩部位具有一种黑色～棕褐色有机质粉质粘土层,该种土类以砂土作为构架,具有机质含量高、渗透性质不均匀、退化快等特点.在农场开发种植过程中,该类土的渗透性质成为制约其使用的关键要素,本文结合对该类土的进行的常规、单、双环渗透,试坑渗透试验,对其的相关性质,尤其是渗透性质进行了初步探索,结合试验结果对后期施工提出了一些结论和建议,为类似地层条件的工程提供了一定的设计和施工依据.

关键词：有机质土粉质粘土渗透性质

岩石破裂过程渗透性质及其与应力耦合作用研究

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岩石力学与工程学报 2002年第3期21卷 457-457页

作者：杨天鸿东北大学资源与土木工程学院沈阳110006

为了分析岩石细观结构特性变化引起渗透性演化对宏观力学行为的影响,并进行渗流应力耦合作用下岩石破裂机制的研究。基于细观损伤力学和Biot经典渗流力学,建立了岩体损伤非线性本构方程和渗透率关系模型,开发出岩石破裂过程渗流-应力耦... 详细信息

为了分析岩石细观结构特性变化引起渗透性演化对宏观力学行为的影响,并进行渗流应力耦合作用下岩石破裂机制的研究。基于细观损伤力学和Biot经典渗流力学,建立了岩体损伤非线性本构方程和渗透率关系模型,开发出岩石破裂过程渗流-应力耦合分析系统(coupling system of flow and solid in rock failure process analysis,简称F-RFPA2D),拓宽了原有程序RFPA2D的研究领域。这个系统能够对裂纹在萌生、扩展过程中渗透率演化规律及其渗流-应力耦合机制进行模拟分析,把流固耦合问题的研究从应力状态深入到破坏过程。围绕岩石破裂过程中渗透性的演化规律及其渗流-应力耦合作用机理这一课题,开展以下方面的研究工作: (1) 对经典Biot渗流力学做了进一步的考察,验证了建立耦合渗流方程的主要假设,讨论了各种渗流与应力耦合方程及数学模型的适用条件,通过不同深度岩体渗透率工程试验研究,分析了连续介质模型耦合渗流方程参数的物理意义、适用性和测试方法。 (2) 通过岩石应力应变-渗透率全过程实验研究,从细观结构特征揭示出岩石应力峰值前后的渗透性演化规律。基于逾渗理论,通过引入突跳系数这一概念,建立了描述岩石破裂过程的渗流-应力-损伤关系方程。 (3) 秉承RFPA2D关于岩石材料的细观非均匀性的基本思想。

关键词：岩石裂纹渗透性质庄力耦合作用非均匀性

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柱状节理岩体渗透性模型试验研究

岩土工程学报 2016年第8期38卷 1407-1416页

作者：巢志明王环玲徐卫亚贾朝军夏季河海大学港口海岸与近海工程学院江苏南京210098 河海大学岩土工程科学研究所江苏南京210098

针对柱状节理岩体渗透性质的研究较少,开展了柱状节理岩体相似材料的模型试验,研究了柱状节理岩体相似材料在多次围压循环加卸载作用下的渗透性质,分析得出柱状节理岩体存在表征单元体积,可以采用等效连续介质模型分析柱状节理岩体的渗... 详细信息

针对柱状节理岩体渗透性质的研究较少,开展了柱状节理岩体相似材料的模型试验,研究了柱状节理岩体相似材料在多次围压循环加卸载作用下的渗透性质,分析得出柱状节理岩体存在表征单元体积,可以采用等效连续介质模型分析柱状节理岩体的渗流性质,提出了计算柱状节理岩体渗透率张量的方法,基于张量不变性理论,推导出了柱状节理岩体渗透张量的主渗透系数的计算公式。研究表明:在围压初次加载阶段,柱状节理岩体渗透张量的主渗透系数随围压加载显著降低,在随后的围压循环加卸载阶段主渗透系数保持较低值,围压的加卸载对柱状节理岩体的主渗透系数影响较少,且在每个围压加卸载阶段,柱状节理岩体渗透张量的主渗透系数与围压均呈幂函数关系;柱状节理岩体渗透张量的主方向随着围压加卸载逐渐增大,在初次围压加卸载阶段增长显著,在此后的围压加卸载阶段缓慢增长;柱状节理岩体在低围压下渗透各向异性较为显著,且随着柱体倾角增大渗透各向异性逐渐减弱,在第一次围压加载阶段,随围压增大柱状节理岩体的渗透各向异性迅速减弱,当加载到高围压时,柱体倾角对柱状节理岩体的渗透各向异性几乎没有影响,在此后的围压循环加卸载阶段,柱状节理岩体的渗透各向异性稳定在较低水平,柱体倾角对渗透各向异性的影响很微弱;柱状节理岩体的渗透性质均是在第一次围压加载阶段发生显著变化,且围压卸载后渗透性质不能恢复,此后的围压循环加卸载对其渗透性质影响很小。

关键词：柱状节理岩体相似材料渗透性质各向异性围压加卸载模型试验

LiCl–NaCl–KCl–H2O溶液体系活度和渗透系数的分子动力学模拟

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LiCl–NaCl–KCl–H2O溶液体系活度和渗透系数的分子动力学模拟

作者：陈瀚翔中国科学院大学(中国科学院青海盐湖研究所)

学位级别：硕士

盐湖卤水是典型的“液态矿资源”,富含大量的成盐元素,是多种无机化学品的重要来源,为化工、农业、轻工、冶金、建筑、医药等领域提供关键的上游产品。Li、Na、K、Cl是盐湖资源中重要的组成部分:NaCl是基础工业原料和生活必需品;KCl是... 详细信息

盐湖卤水是典型的“液态矿资源”,富含大量的成盐元素,是多种无机化学品的重要来源,为化工、农业、轻工、冶金、建筑、医药等领域提供关键的上游产品。Li、Na、K、Cl是盐湖资源中重要的组成部分:NaCl是基础工业原料和生活必需品;KCl是我国所生产的钾肥的最主要形式,并在食品工业和医药工业中有着广泛应用;Li是具有战略价值的无机元素,在能源、通信、功能材料、核科学等方面有着重要的价值。从盐湖中提取和加工相关资源时,经常使用蒸发、结晶、浮选、反浮选、膜分离、电解等工艺。设计工艺和进行生产时,需要详细地考察溶液的热力学性质,从而提高生产效率、减少资源浪费和环境污染。其中两种基本且重要的热力学性质是活度和渗透系数,它们在生产和研究中应用非常广泛。但活度和渗透系数的实验室测定耗时长、对环境和设备要求高,不能满足工业生产和野外勘测的实时性要求。除了实验手段,理论模拟成为获取活度和渗透系数另一途径。本论文针对盐湖卤水的基本组成特点,选取了四元体系LiCl–NaCl–KCl–HO及其三个三元子体系、三个二元子体系作为研究对象,采用三种不同的分子动力学模拟技术和方法研究其热力学性质,计算和预测水活度和渗透系数,并将结果与实验值和热力学模型计算值进行对比验证。具体如下:(1)改进了OPAS方法,建立了电解质溶液的渗透平衡模拟方案,优化了方案的设计和重要参数。计算了298.15 K下各体系多种组成的渗透压、渗透系数和水活度,并将计算结果和实验值、Pitzer模型计算值进行对比和误差分析。结果显示,渗透压、水活度模拟计算值与实验值、Pitzer模型计算值趋势一致,包括同种溶液不同浓度和同浓度不同溶液之间的性质关系,计算渗透压和水活度的平均相对误差为10%和0.5%。该方法可以应用于多元电解质溶液渗透性质和水活度的研究,且具有良好的通用性。(2)建立了三醋酸纤维素膜–溶液模拟体系,对溶液在膜中的结构和扩散性质进行研究。根据扩散系数与水活度之间关系,计算了298.15 K下各体系多种组成的下的水活度,并与实验参考值进行对比和误差分析。该方法计算水活度的平均相对误差为3%,能够反映溶液水活度随浓度变化的趋势,且具有良好的通用性。对膜和溶液的结构进行了分析和讨论,指出了膜–多元电解质溶液体系有区别于干燥膜、纯水和纯溶液的结构特征。(3)基于Kirkwood–Buff统计理论,根据体相溶液的结构计算了298.15 K下各体系多种组成溶液的水活度,并与实验参考值进行对比和误差分析。计算水活度的平均相对误差为0.6%,且该方法具有良好的通用性和可扩展性。对结构和热力学量进行了详细的讨论,结果表明,2–6(?)范围内的离子–水和离子–离子相互作用是影响水活度的关键因素,并且在多元电解质溶液体系中,溶液组成、径向分布、水活度之间可能存在连续相关性。

关键词：电解质溶液活度性质渗透性质分子动力学

渗流侵蚀下粉土承压含水层中盾构隧道结构性态演化研究

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渗流侵蚀下粉土承压含水层中盾构隧道结构性态演化研究

作者：王佳琳天津大学

学位级别：硕士

位于富水粉土承压含水层中的盾构隧道发生渗漏时,土颗粒会在渗流力作用下液化悬浮并随着地下水涌入隧道,致使隧道外土层在高速水流侵蚀作用下快速流失,引起隧道受力模式改变,进而造成衬砌结构的破坏(损)甚至垮塌。特别地,一些已有相关... 详细信息

位于富水粉土承压含水层中的盾构隧道发生渗漏时,土颗粒会在渗流力作用下液化悬浮并随着地下水涌入隧道,致使隧道外土层在高速水流侵蚀作用下快速流失,引起隧道受力模式改变,进而造成衬砌结构的破坏(损)甚至垮塌。特别地,一些已有相关试验现象表明,当隧道底部出现渗漏时,隧道下方土体可产生侵蚀空腔,从受力角度分析,对隧道结构最为不利。为了研究侵蚀空腔发展对粉土地层中隧道结构变形和内力响应的影响,本文开展了一系列室内土工试验以及数值模拟研究,具体包括:首先,对天津粉土基本构成及渗透特性开展了试验研究。采用XRD测试和电镜分析,分析了天津粉土化学组成及微观的土颗粒外形几何特征。而后,分别开展变水头试验及常水头试验,对天津粉土的渗透特性开展研究。结合试验结果,利用有效孔隙比的概念对经典的太沙基渗流理论公式进行了修正,提出了适用于天津粉土的渗透系数估算公式。最后,在明确土体渗透特性的基础上,选取侵蚀空腔沿纵向发展和横向发展两种典型的工况,采用大型通用有限元分析程序ABAQUS建立了精细化盾构隧道结构模型,考虑土体渗流场、应力场与隧道结构的耦合相互作用,开展了渗流-应力耦合的三维有限元数值模拟,分析了侵蚀空腔引起的隧道沉降、错台、张开,以及管片混凝土塑性应变等,揭示了不同侵蚀空腔发展方向引起的隧道结构变形模式的差异,并结合侵蚀空腔引起的隧道周围土压力分布解释了产生该差异的原因。数值结果表明:当侵蚀空腔的横向尺寸不变,仅沿纵向发展时,引起的隧道沉降量、错台量、张开量沿纵向分布均为渐变型,隧道结构表现出较好的变形协调性;相较之下,当侵蚀空腔沿着粘砂土层分界面向横向发展时,隧道变形在空腔纵向边缘处产生突变,相比于空腔沿纵向发展的工况,隧道环间会出现较大错台。

关键词：渗流侵蚀粉土渗透性质盾构隧道变形及内力响应

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微生物灌浆的颗粒流细观力学数值模拟研究

岩土力学 2016年第S1期37卷 603-608页

作者：秦鹏飞郑州工业应用技术学院建筑工程学院河南郑州450010

基于流固耦合原理的PFC2D颗粒流数值模拟程序,运用其内置FISHTANK函数库和FISH语言,分别定义流体域的流动方程和压力方程,对微生物灌浆过程中菌液在地层中的扩散过程和形态进行了数值模拟计算。通过调节PFC命令流中的注浆压力p、时步ste... 详细信息

基于流固耦合原理的PFC2D颗粒流数值模拟程序,运用其内置FISHTANK函数库和FISH语言,分别定义流体域的流动方程和压力方程,对微生物灌浆过程中菌液在地层中的扩散过程和形态进行了数值模拟计算。通过调节PFC命令流中的注浆压力p、时步step、水力传导系数perm等参数对菌液的注浆过程进行了模拟计算。数值模拟计算表明,灌浆过程中菌液与地基土的作用形式与灌浆压力大小密切相关,过高的注浆压力会对地层结构造成一定的破坏。对钻孔周围土体的应力状态进行了理论推导和分析,理论推导结果与数值模拟结果相符。劈裂灌浆作用发生时,孔隙率和应变率均增加。

关键词：微生物灌浆颗粒流数值模拟注浆压力注浆时间渗透性质

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砂土注浆的颗粒流细观力学数值模拟

土木工程与管理学报 2017年第4期34卷 30-38页

作者：秦鹏飞郑州工业应用技术学院建筑工程学院河南郑州450010

灌浆工程隐蔽性较强,浆液扩散机理远不成熟。基于细观力学理论的PFC2D数值仿真试验技术,可以从细观角度研究灌浆过程中土颗粒的位移、变形运动及与浆液的耦合作用过程,为注浆机理研究开辟了一条新的途径。基于流固耦合原理的PFC2D颗粒... 详细信息

灌浆工程隐蔽性较强,浆液扩散机理远不成熟。基于细观力学理论的PFC2D数值仿真试验技术,可以从细观角度研究灌浆过程中土颗粒的位移、变形运动及与浆液的耦合作用过程,为注浆机理研究开辟了一条新的途径。基于流固耦合原理的PFC2D颗粒流数值模拟程序,运用其内置FISHTANK函数库和FISH语言,分别定义流体域的流动方程和压力方程,对灌浆过程中浆液在地层中的扩散过程和形态进行了数值模拟计算。通过调节PFC命令流中的注浆压力、时间步长、水力传导系数等参数对浆液的注浆过程进行了模拟计算。模拟结果表明,灌浆过程中浆液与地基土的作用形式与灌浆压力大小密切相关,为达到理想的劈裂灌浆效果需要适当提高注浆压力,但过高注浆压力会对地层结构造成一定的破坏。对钻孔周围土体的应力状态进行了理论推导和分析,指出土体环向拉应力的增加导致钻孔周围产生劈裂缝,浆液由渗透作用方式向劈裂作用方式转变,数值模拟结果与理论推导结果相符。劈裂灌浆作用发生时,孔隙率和应变率均增加。流动性能差的稠浆适于压密灌浆和劈裂灌浆,流动性能好的稀浆则适于渗透性灌浆,而浆液的渗透性能对高压劈裂灌浆的作用效果影响不明显。

关键词：砂砾石土注浆颗粒流数值模拟注浆压力注浆时间渗透性质

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海绵城市建设的路面材料性能与应用研究

海绵城市建设的路面材料性能与应用研究

作者：王爽西南交通大学

学位级别：硕士

人们对城市道路的要求不仅仅在于出行保障,更开始关注城市道路的生态性。作为海绵城市建设的重要组成部分,在城市的地下水还原、雨污水净化以及生态环境维护等方面发挥着重要作用的OGFC(Open Graded Friction Course,开级配抗滑磨耗层)... 详细信息

人们对城市道路的要求不仅仅在于出行保障,更开始关注城市道路的生态性。作为海绵城市建设的重要组成部分,在城市的地下水还原、雨污水净化以及生态环境维护等方面发挥着重要作用的OGFC(Open Graded Friction Course,开级配抗滑磨耗层)路面得到了学者们的关注。论文从OGFC路面的渗透性能、路用性能以及水质净化性能等角度出发,对比研究了HVA(High Viscosity Additive,高粘添加剂)和TPS(Thermo Plastic Styrene,苯乙烯类弹性体聚合物)两种改性OGFC沥青混合料的性能随空隙率的变化规律,总结OGFC沥青混合料配合比设计及施工工艺,为海绵城市建设的工程应用提供参考。主要研究内容和成果如下:1.针对渗透系数、渗水系数以及空隙率之间的关系开展试验测试研究,建立了渗透系数、渗水系数与空隙率及有效空隙率之间的函数关系,以及渗透系数与渗水系数间的相关变化特征。试验结果表明,空隙率相同时,两种改性沥青混合料间的渗透系数相近。2.对OGFC路面的水质净化性能展开研究,结果表明,随着空隙率的增加,OGFC沥青混合料的悬浮物SS和化学需氧量COD净化效果随之增加,且两者变化规律相似;对比两种改性剂对OGFC净化效果的影响发现,空隙率小于20%时,改性剂种类对混合料的净化效果影响不大,而当空隙率大于20%后,HVA改性沥青混合料的净化效果优于TPS改性沥青混合料。3.针对两种沥青混合料的路用性能开展的室内试验研究表明,随着空隙率从16.8%上升至23.2%,OGFC混合料的动稳定度呈现先增后减的趋势,而抗弯拉强度、弯拉应变、结构抗形变能力、动态模量均呈现下降趋势。分析结果显示,HVA改性沥青混合料的路用性能强于TPS改性沥青混合料。4.结合海绵城市建设工程应用,开展了OGFC混合料在市政道路中的配合比设计及施工工艺研究。OGFC路面具有良好的渗透性能、路用性能以及雨水净化性能,可在海绵城市的建设中发挥重要的通行与生态作用。

关键词：海绵城市 OGFC 渗透性质净化功能力学性能

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填埋场黏土衬垫防污性能的温度效应研究

填埋场黏土衬垫防污性能的温度效应研究

作者：阮晓晨湖北工业大学

学位级别：硕士

压实黏土衬垫(CCL)和膨润土防水毯(GCL)等衬垫材料常铺设于填埋场的底部和四周,用来隔离垃圾以免对填埋场四周的土壤和地下水产生污染。由于垃圾发酵而产生热量,填埋场内底部温度可高达65℃,其对黏土衬垫的渗透性和力学性质均可能产生... 详细信息

压实黏土衬垫(CCL)和膨润土防水毯(GCL)等衬垫材料常铺设于填埋场的底部和四周,用来隔离垃圾以免对填埋场四周的土壤和地下水产生污染。由于垃圾发酵而产生热量,填埋场内底部温度可高达65℃,其对黏土衬垫的渗透性和力学性质均可能产生不利影响,从而威胁填埋场的安全。本文以填埋场常用的黏土衬垫材料为对象,对不同温度下的衬垫渗透性和强度进行试验研究,探讨温度、渗滤液、围压等因素对衬垫性质的影响,并基于考虑热扩散的污染物运移计算分析温度梯度下污染物的运移规律,为提高垃圾填埋场稳定性和有效性打下基础。主要研究内容有:(1)压实黏土渗透性能的温度效应研究。采用改造的GDS渗透仪,以自来水和模拟渗滤液为试验用水,研究不同围压和温度条件下压实黏土的渗透性能,得到两种液体作用下渗透系数与温度及围压的关系,并与常规渗透试验方法所得结果进行对比分析。(2)膨润土防水毯(GCL)渗透性能的温度效应研究。采用改造的GDS渗透仪,研究不同围压和温度条件下膨润土防水毯的渗透性能,初步探讨不同的围压条件下渗透系数随温度变化的机理。(3)压实黏土强度的温度效应研究。采用直剪试验方法,研究自来水和模拟渗滤液作用下压实黏土强度与温度的关系。(4)开展考虑热扩散效应的污染物运移计算。在传统对流弥散方程的基础上考虑温度梯度引起的热扩散运移,得到半无限边界条件下的解析解,探讨热扩散效应下污染物运移规律。

关键词：黏土衬垫温度模拟渗滤液渗透性质力学性质