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无机玻璃资料的实验到达失稳状况

2022-05-28 17:20:09

跟着下流水位进步,水力坡降增大,3种资料笼盖层的表现差别:(1)水泥沙浆资料的实验表现为,砂沸泉眼数目增添,规模变大,渗流出口内砂面“涌高”,构成悬浮层,可瞥见孔口下流侧沙浆板下砂层被冲掏成空腔。

  下流水位进一步下降,空腔向下流扩展。下降水位,水量及砂量增添,不变水位则水量及砂量也不变,还未到达失稳状况。只需扩展到必然程度后,渗流量急剧增添,细砂大批涌出,才是真实的贯串粉碎。

  (2)无机玻璃资料的实验有冲淘,但不较着空腔,而是很早就呈现被水流冲蚀构成的曲折小相同道(这能够在无机玻璃面下间接察看到)。跟着下流水位进一步下降,笼盖层下砂土构成摆动不定、曲折折曲的冲洗通道,逐步向下流上溯,一样也未到达失稳状况。后当通道到达下流,流速增添,通道内砂急剧淘刷。

  (3)柔性水袋施压下的实验,当下流水位低于水袋水位时,既无空腔又无冲蚀小相同道(这也能够从通明的水袋下间接察看到)。只需当下流水位升至靠近或略高于水袋水位时,水袋塑料薄膜自下流向下流逐步与砂层离开,并疾速成长到渗流出口,会呈现与水泥沙浆笼盖相类似的粉碎,但这已不是要会商的规模。

  用下流隔板和渗流出口孔边的水头差比两点间的间隔作为实验的平均坡降,发生贯串粉碎时的平均坡降界说为平均临界坡降Jx,则在已做的几组实验中,无机玻璃笼盖层,J=0.10;水泥沙浆笼盖层,=0.13;柔性水袋摹拟的笼盖层,J的巨细则跟着跟着水袋内的压力巨细而变更,当水袋内压力为=0.17,当水袋内压力为150mm水柱时,J=0.28.它们都是发生在下流水位升至靠近或略高于水袋水位时,是以,现实要到达贯串粉碎须要的水头差应当更大。

  对实验景象的会商(1)实验起头时,砂沸呈现的地位在渗流出口不限制在下流侧,申明此时的水头散布根基与出口中间对称,可类似将出口当作一个浅井,便于阐发、计较。现实工程中,出口常常是笼盖层在高水头感化下的粉碎口,在其次呈现时,水头差会很大,渗畅通道空腔渗流出口渗畅通道笼盖层(水泥沙浆)砂层渗流标的目的周红星等:双层堤基渗入粉碎机制和数值摹拟体例研讨能够会超越本实验的步。但如果是在已有粉碎点出口,则会颠末这一步。

  (2)全部地区可分为两局部:一是渗流集合通道,二是通道之外土体。通道类似于程度安排的具备类似半圆形截面的非完全井,其截面尺寸随通道的成长而变更。渗入粉碎成长的进程,是集合渗畅通道构成和上溯的进程。

  (3)笼盖层特征对堤基渗入粉碎成长影响较着。无机玻璃实验贯串时程度临界坡降小,水泥沙浆次之,柔性水袋大。这与资料和砂层打仗特征相干。无机玻璃外表滑腻,易构成打仗冲洗。一旦局部软缺点砂层颗粒被冲走,因为无机玻璃的刚度使该处排挤,成为压力为0的自在外表,更容易被进一步冲洗。水泥沙浆与砂面打仗好,防止了打仗冲洗。当集合渗畅通道构成并上溯时,通道之外地区仍坚持受压,但因为水泥沙浆板的刚度大,通道内会脱空。柔性水袋变形顺应强,可与砂层外表充实打仗,施加压力,束缚砂层不被冲洗。现实工程中的笼盖层有必然刚度,应当是居于水泥沙浆板和柔性水袋之间,是以其对渗入粉碎的成长进程的影响也应当在二者之间。

  堤基渗入粉碎机制切磋堤基渗入粉碎起首是从渗流出口起头,不管是已有的渗流出口(如前述实验),仍是由高水压顶破笼盖层软弱处的新出口,在出口都具备很大水力坡降,呈现砂沸或喷砂。但此时尚不是终的贯串粉碎。进一步的粉碎是构成集合渗畅通道并上溯的进程。集合渗畅通道上溯的尖端,通道内流量较小,但砂土内水力坡降较大,而在出口处水流量大。

  从侧壁察看实验可见,通道与砂土的交壤面因为渗入水力坡降大,砂颗粒从土体中松动离开,在通道的尖端因为坡降大表现得较着。尔后在水流冲洗下,松动的砂粒沿通道向渗流出口标的目的转动。通道与砂土的交壤面砂粒处于均衡互换状况,流速大则砂粒被感动,流速小则砂粒就会堆积,这在实验中经由进程转变模子下流水位便可清晰地看到。

  因为流速与通道内的过水断面成正比,砂粒感动则断面增大,流速下降;砂粒堆积则断面减小,流速增添,在过水流量不变时会到达断面不变,对应的流速由砂土的抗冲洗才能决议。是以通道的规模受水力坡降巨细的节制,也受周边土体抵当冲洗才能的节制。

  上述实验景象申明,当渗流强度大到使土体粉碎松动,还缺乏以使集合渗畅通道上溯,还必须构成砂粒在集合水流感化下冲蚀均衡的前提,使粉碎后土颗粒能在水的感化下运移。是以,渗入粉碎成长进程是2种感化的组合:一是在渗流感化下土体布局的粉碎,本色是到达土体的极限强度;二是集合水流感化下,土体外表砂粒的冲洗均衡,首要活动外形为转动,已属于泥沙活动力学规模。

  集合渗畅通道对通道内的水、砂而言是过水运砂的管道,对周边砂土而言,是临空的边境,对土中的水而言是渗流的出口。集合渗畅通道自身应知足水力学干系,通道之外的土中水应知足渗流节制方程,通道的边境由水压持续、水量均衡、砂土量均衡等干系节制。

  通道界面的2个判定按照渗入粉碎成长包含在渗流感化下土体布局的粉碎和在集合水流感化下,土体外表砂粒的冲洗均衡2个进程。以下给出响应的判定按照。

  (1)土体强度粉碎的判据堤基渗入粉碎终情势是流土粉碎,其本色是土体骨架不能蒙受荷载。大大都研讨者基于水力学角度研讨渗入粉碎景象,粉碎判定原则普通接纳临界水力坡降,其值多为经历值,也过于简略。现实上,土体受多种感化力节制,临界水力坡降描写的仅为渗入力的巨细与重力的干系,不能涵盖庞杂的应力散布。接纳斟酌渗入力感化的土体有用应力强度更加适合。本文仅斟酌土体特征知足莫尔?库仑前提,故乡体应力必须知足的强度前提为式中:′别离为沿单位渗流标的目的的剪切力和正应力;c′为有用黏聚力;′为有用内磨擦角;′为土体小主应力。

  只需式(1)中任一个前提不知足,且具备临空面的土体即粉碎。式(1)中判据第二式′≥,即请求土体不能受拉,合用于临空面靠近程度时。比方,当临空面为程度时,渗流标的目的向上,接纳判据第二式,即为太沙基公式;而临空面倾斜,不渗流时,对砂土,由式节制,不变前提是倾角小于休岩石力学与工程学报止角;有渗流时,正应力减小,不变角会小于停止角。是以,接纳式(1)斟酌渗入力感化下沿渗流标的目的土体应力强度公式,能精确地反应了渗入粉碎的实质,表现了土体性子和应力情况对堤基渗入粉碎成长的影响。

  (2)集合水流感化下,砂颗粒运移的均衡判据从实验景象察看,“水中土”在集合渗畅通道中其活动情势是沿通道与下卧砂层打仗面在水流动员下转动进步。砂粒已离开土体骨架。是以,此时砂粒均衡前提已不能经由进程应力均衡干系推导。但能够利用泥沙水力学体例停止推导。斟酌到砂颗粒转动常常位于底面砂层顶部,而此处渗入力较小,故疏忽其感化。假设土体颗粒是圆形(见图4),由颗粒转动力矩均衡前提有式中:F为流体拖曳力,为阻力系数;F为流体上举力,u为感化于集合渗畅通道与不变土体打仗面上砂粒的流速,C为上举力系数;W′为颗粒浮重力;为渗畅通道横剖面与程度标的目的的夹角,取图中标的目的为正值;为土颗粒打仗角,可接纳土体磨擦角计较。

  C取值与集合渗畅通道和土体打仗面砂土颗粒的绕流流态有关,C取值别离为0.1~2.0和0.5~10.0.是以,式(1),(2)别离为土体颗粒和水中土颗粒的极限均衡前提,二者只需有一个知足,土颗粒是均衡的,不会活动。只需这2个前提同时不知足,集合渗畅通道才起头扩展。

  数值摹拟体例堤基渗入粉碎是三维题目,但从现场和实验察看,堤基渗入粉碎地区在全部堤基所占比例较小,若接纳三维体例停止摹拟,就比拟难以集合存眷于较小的集合渗畅通道地区。若接纳二维立体应变体例计较,则扩展了集合渗畅通道影响规模,须要对计较停止批改按照堤基在渗入粉碎进程的应力特征,以无渗入时的应力场作为初始应力场,渗流引发的应力变更作为附加应力叠加到初始应力场,而渗流场的计较可经由进程轴对称形式停止,如许就能够较好地处理计较阐发题目。

  关头的题目是处理好渗畅通道的水力学干系与砂土中的渗流干系的界面调和和均衡。

  集合渗畅通道内的水头流量干系集合渗畅通道内的水流沿程变更较庞杂,水由砂中排泄到通道,流向出口,沿程流量增大,截面积也变大。在实验中察看到通道断面外形类似为稍偏浅的半圆,为便于阐发,假设通道截面外形为半圆形。

  通道外砂土体中的应力散布和渗流场按照双层堤基土层布局渗流场的特色,将砂层土体应力分化为3个局部:(1)砂层自身的自重应力,按等厚度平均散布笼盖层通道与不变土体打仗面水流标的目的周红星等:双层堤基渗入粉碎机制和数值摹拟体例研讨斟酌,现实是侧限前提的应力;(2)笼盖层压重在砂层中发生的应力,按立体应变前提斟酌,可操纵土力学中条形根本的相干公式计较应力;这2个局部经一次计较便可作为初始应力,今后不再变化。


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