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基坑二维稳态渗流场的解析解及简化解

华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第5期52卷 84-91页

作者：余俊郑靖凡张志中李东凯中南大学土木工程学院湖南长沙410075

在基坑工程中,地下水渗流对基坑稳定性的影响不可忽视,但现有的一维渗流理论无法完全满足渗流计算的安全性要求。针对现有理论的不足,对悬挂式不考虑厚度挡墙支护下的各向同性土层中基坑的二维稳态渗流场进行了解析。依据对称性取基坑... 详细信息

在基坑工程中,地下水渗流对基坑稳定性的影响不可忽视,但现有的一维渗流理论无法完全满足渗流计算的安全性要求。针对现有理论的不足,对悬挂式不考虑厚度挡墙支护下的各向同性土层中基坑的二维稳态渗流场进行了解析。依据对称性取基坑半截面,将周围土层分成4个规则区域,利用叠加原理和分离变量法分别将4个区域内的水头表示为级数解的形式,结合区域间连续条件及级数解的正交性得出渗流场的显式解。对比解析解与PLAXIS 2D软件的水头计算结果,发现级数项取20的解收敛且取1时的解仍具有一定的精度,可分别视为精确解和简化解。提出的简化解计算方便,借助计算器即可快速完成对基坑任意一点水头的求解。对比一维静水压力、一维考虑渗流的水压力、流网法、简化解、精确解及数值解水压力计算结果,发现精确解与数值解吻合较好且较流网法精度更高,简化解较一维静水压力、一维考虑渗流的水压力精度更高。参数分析表明:精确解和简化解计算的水压力合力相对误差主要受基坑内侧水位和挡墙至不透水层距离的影响;简化解适用于基坑尺寸不大,尤其内侧水位线到挡墙底部距离大于7 m、底部不透水层到挡墙距离小于30 m的基坑,计算挡墙水压力合力作用点则适用于任意尺寸的基坑;与精确解相比,简化解误差主要出现在挡墙底部,其余位置在基坑尺寸不大时,水头误差小于5%。

关键词：基坑水压力稳态渗流解析解简化解

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非饱和成层土稳态渗流问题的解析计算

水文地质工程地质 2024年

作者：陈佩佩乔栋吴楠北京建筑大学理学院北京工业大学城市建设学部苏州城市学院智能制造与智慧交通学院北京建筑大学土木与交通工程学院

广泛存在的成层土非饱和稳态渗流的解析计算研究相对薄弱。基于达西渗流定律和土层界面的连续性条件，构建了描述非饱和成层土稳态渗流过程的数学模型。使用分离变量技术和数学归纳思想，获得了成层土同一剖面的基质吸力、有效饱和度与... 详细信息

广泛存在的成层土非饱和稳态渗流的解析计算研究相对薄弱。基于达西渗流定律和土层界面的连续性条件，构建了描述非饱和成层土稳态渗流过程的数学模型。使用分离变量技术和数学归纳思想，获得了成层土同一剖面的基质吸力、有效饱和度与吸应力沿高程分布的解析表达式。基于COMSOL数值分析平台对解析算法进行了验证计算，从而实现了非饱和成层土稳态渗流过程的解析求解。而后，探讨了土层界面的存在对渗流过程的影响并开展了参数敏感度分析。分析表明:(1)相同入渗条件下相同高程处砂土的基质吸力最大，黏土最小；地表渗流速率的不同对粉土层有效饱和度分布影响最大，砂土最小。(2)黏土层中吸应力近乎线性增长，砂土的吸应力则沿高程先增大后减小;土层界面的存在会影响基质吸力沿高程的增长速率，可使有效饱和度和吸应力沿高程分布发生突变。(3)Gardner模型参数α值越小，相同高程处基质吸力值大，饱和土ks值越小，基质吸力增长速率越慢；α与ks取值越小，有效饱和度降低速率越慢；α取值越小或ks取值越大，地表处的吸应力值越大。研究成果可为诸如边坡稳定等工程地质问题提供一定的理论支撑。

关键词：非饱和成层土稳态渗流基质吸力有效饱和度吸应力解析解

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考虑渗流作用的基坑受力变形分析

建筑技术 2024年第6期55卷 680-686页

作者：巨玉文王文正郑雪梅李栋杨耀宗太原理工大学土木工程学院太原030024 北京市政建设集团有限责任公司北京100176 太原轨道交通集团有限公司太原030032

基于稳态渗流理论,依托太原市某地铁站附属基坑建立了考虑渗流与不考虑渗流的2个深基坑开挖支护过程的三维有限元模型,分别对基坑考虑渗流与不考虑渗流的坑内外稳态孔隙水压力、有效土压力、围护结构侧向变形及坑外地表沉降规律进行对... 详细信息

基于稳态渗流理论,依托太原市某地铁站附属基坑建立了考虑渗流与不考虑渗流的2个深基坑开挖支护过程的三维有限元模型,分别对基坑考虑渗流与不考虑渗流的坑内外稳态孔隙水压力、有效土压力、围护结构侧向变形及坑外地表沉降规律进行对比分析,揭示了渗流对基坑受力变形的影响不容忽视。基坑变形分析结果表明,采用考虑渗流作用的分析方法与不考虑渗流的情况相比其结果更接近实测值,证明该方法合理可靠,并基于此提出了改进的深基坑设计方法。

关键词：基坑稳态渗流基坑变形水、土压力

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岩石单裂隙稳态渗流研究进展

岩石力学与工程学报 2009年第9期28卷 1839-1847页

作者：熊祥斌张楚汉王恩志清华大学水利水电工程系北京100084

从3个方面介绍目前单裂隙渗流研究的最新成果:(1)单裂隙内的流体运动规律,主要研究裂隙渗流模型和流速分布规律等;(2)裂隙过流能力的影响因素,包括应力、隙宽、粗糙度、充填物以及多场耦合等;(3)单裂隙渗流的数值模拟方法,包括裂隙的数... 详细信息

从3个方面介绍目前单裂隙渗流研究的最新成果:(1)单裂隙内的流体运动规律,主要研究裂隙渗流模型和流速分布规律等;(2)裂隙过流能力的影响因素,包括应力、隙宽、粗糙度、充填物以及多场耦合等;(3)单裂隙渗流的数值模拟方法,包括裂隙的数值生成方法和模拟技术。系统总结和分析目前最新的研究成果,对渗流研究理论和方法中存在的问题进行深入探讨:裂隙内渗流的流动规律复杂,裂隙渗流模型和机制仍有很多不明之处;剪应力影响是目前裂隙渗流研究的热点,三维应力和拉应力对裂隙渗流的影响也是未来研究的方向,但模拟复杂应力状态下的渗流试验装置仍是研究的"瓶颈";评价裂隙面粗糙程度仍是一个复杂的问题;数值模拟裂隙渗流与试验方法相辅相成,正确选择合理的数值方法非常重要。

关键词：岩石力学单裂隙稳态渗流影响因素试验研究数值模拟

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基于稳态渗流的煤巷掘进瓦斯涌出连续性预测

煤炭学报 2010年第6期35卷 932-936页

作者：郭晓华蔡卫马尚权蒋仲安陈学习北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 华北科技学院科技管理处北京101601

为了寻求一种简便的预测方法实现煤巷掘进过程中瓦斯涌出的动态连续预测,在对煤层进行近似假设的基础上,研究了煤巷掘进过程中煤层瓦斯流动及涌出规律,给出了煤巷掘进时煤层瓦斯压力分布和煤壁瓦斯渗流速度的分析解,采用积分的方法建立... 详细信息

为了寻求一种简便的预测方法实现煤巷掘进过程中瓦斯涌出的动态连续预测,在对煤层进行近似假设的基础上,研究了煤巷掘进过程中煤层瓦斯流动及涌出规律,给出了煤巷掘进时煤层瓦斯压力分布和煤壁瓦斯渗流速度的分析解,采用积分的方法建立了掘进巷道瓦斯涌出连续预测模型,并介绍了该模型的计算方法。通过实例计算表明:该模型利用巷道掘进速度、掘进长度和煤层瓦斯基本参数这些易得数据实现了对煤巷瓦斯涌出的动态、连续和快速预测,且预测值与实测值基本一致。

关键词：煤巷掘进瓦斯涌出连续性预测稳态渗流

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分支水平井稳态渗流理论及最优井长

石油学报 2011年第5期32卷 882-886页

作者：曾晓晶同登科河西学院信息技术与传媒学院甘肃张掖734000 中国石油大学理学院山东东营257061

针对油藏中分支水平井的稳态渗流问题,基于渗流力学理论,采用全三维方法,导出了油藏稳态渗流与分支水平井井筒流动的耦合模型。用改进的Su方法以及一种新方法计算了裸眼完井分支水平井井筒内的压降,分析和比较了井筒内压力和采油指数的... 详细信息

针对油藏中分支水平井的稳态渗流问题,基于渗流力学理论,采用全三维方法,导出了油藏稳态渗流与分支水平井井筒流动的耦合模型。用改进的Su方法以及一种新方法计算了裸眼完井分支水平井井筒内的压降,分析和比较了井筒内压力和采油指数的分布情况;同时,给出了考虑经济因素的分支水平井水平段最优长度的计算方法。结果表明,分支水平井的单个分支内的流动情况和水平井近似;由于摩擦因素的影响,分支水平井的水平分支不是越长越好,而是有一个最优值。这些结论可用于实际油藏中分支水平井的设计和产能预测。

关键词：分支水平井稳态渗流压降井筒流动耦合

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非饱和土稳态渗流试验装置的研制与应用

岩土工程学报 2005年第11期27卷 1338-1340页

作者：邵龙潭梁爱民王助贫孙健大连理工大学工程力学系辽宁大连116024 中国农业大学水利与土木工程学业院北京100083 上海岩土工程勘察设计研究院有限公司上海200031

非饱和土稳态渗流试验装置是用于实验室量测非饱和土土水特性和导水系数参数的装置。该装置以在稳态渗流状态下测定土壤对水分的吸持能力为基础,用来量测非饱和土在脱水、吸湿两种循环状态下的土壤水分特征曲线;同时可以量测上述两种过... 详细信息

非饱和土稳态渗流试验装置是用于实验室量测非饱和土土水特性和导水系数参数的装置。该装置以在稳态渗流状态下测定土壤对水分的吸持能力为基础,用来量测非饱和土在脱水、吸湿两种循环状态下的土壤水分特征曲线;同时可以量测上述两种过程中各级基质吸力所对应的非饱和土的导水系数。在相同的条件下,所测试结果与美国Soilmoisture公司生产的1250型压力板仪所得的试验结果具有很好的一致性和稳定性,可以在实验室中推广应用。

关键词：非饱和土土壤水分特征曲线导水系数稳态渗流基质吸力

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非洲高液限红黏土路基稳态渗流分析

中国水运（下半月） 2022年第3期22卷 112-114页

作者：李森于罗斌宋肖中交一公局集团有限公司海外事业部北京100024 武汉理工大学交通与物流工程学院湖北武汉430063 中交一公局集团有限公司北京100024

非洲热带雨林地区年降雨量集中,使得雨季路基长期浸泡,影响路基的结构稳定性。采取ABAQUS数值模拟软件,利用软件所提供的孔隙流体渗透/应力耦合分析步来求解饱和-非饱和土渗流问题。通过双侧浸水1m和1.5m两种工况分析了红黏土路基在不... 详细信息

非洲热带雨林地区年降雨量集中,使得雨季路基长期浸泡,影响路基的结构稳定性。采取ABAQUS数值模拟软件,利用软件所提供的孔隙流体渗透/应力耦合分析步来求解饱和-非饱和土渗流问题。通过双侧浸水1m和1.5m两种工况分析了红黏土路基在不同工况下内部渗流场的变化,得出基于达西定律的红黏土路基内部孔隙水压力及饱和度变化规律。

关键词：非饱和土稳态渗流数值分析高液限红黏土

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一维稳态渗流时非饱和土中的基质吸力分布

岩土力学 2006年第S1期27卷 90-94页

作者：李顺群赵少飞王学志辽宁工学院土木建筑系锦州121001 山东科技大学土木建筑学院青岛266510

首先对非饱和土中的土水势和干土吸水过程中土水势的变化进行了定性分析。然后利用水相连续性条件、广义 Darcy定律及 Gardner 关于非饱和土导水系数和基质吸力的经验公式,建立了非饱和土一维稳态渗流情况下基质吸力沿深度变化的关系表... 详细信息

首先对非饱和土中的土水势和干土吸水过程中土水势的变化进行了定性分析。然后利用水相连续性条件、广义 Darcy定律及 Gardner 关于非饱和土导水系数和基质吸力的经验公式,建立了非饱和土一维稳态渗流情况下基质吸力沿深度变化的关系表达式,并利用差分方法对稳态入渗和稳态蒸发两种情况进行了求解。根据提出的方法,不仅可以方便地得到基质吸力沿深度的分布,而且可以求出水头和导水系数沿深度的变化。

关键词：非饱和土稳态渗流基质吸力导水系数土水势