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2009年, 第26卷, 第10期 
刊出日期:2009-10-01
  

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    全国水利工程渗流学术会专辑
  • 张家发, 定培中, 张伟, 胡智京
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 1-6.
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    对于水布垭水电站这样的超高混凝土面板堆石坝,过渡料的渗透稳定和渗流控制作用非常重要。回顾了水布垭大坝过渡料设计要求的研究确定过程;介绍了采用专门研制的大型仪器和供水供压系统,首次针对全级配过渡料开展的渗透变形试验工作。对比试验成果、设计要求及预测的大坝运行状况,认为:过渡区渗透性下限在设计要求之内,上限超过设计上限一个量级,排水性好于设计要求;在面板完好的正常运行条件下,过渡区的渗透稳定性可以满足要求;在面板失效且水库仍然维持设计水位的极端条件下,过渡区的细料会流失,内部结构失去稳定,但是在主堆石区的支撑下骨架仍将稳定。
  • 段祥宝, 谢罗峰
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 7-12.
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    水位降落时产生的非稳定渗流场对坝坡的渗流和稳定影响较大。通过砂槽模型室内试验模拟了粉砂、细砂、黏土等多种材质的边坡在水位降落过程中的非稳定渗流物理过程,分析了水位降落过程中上游边坡的渗流场特点,比较了不同边坡材料、渗透特性、坡比和水位降落速度的泄水过程中边坡渗流场自由面形式和等势线变化特点,重点研究了给水度μ、渗透系数k、库水位降落的速度v对自由面最高点、上游边坡中的孔隙水压力、坡降的影响,定量分析了水位降落时k/μv判断骤降、缓降、快降的标准,探讨了非稳定渗流浸润线的计算公式。结果表明:渗透系数小、给水度大的土坡在水位降落过程中产生的上游边坡孔隙水压力值和渗透坡降较大,非稳定流场自由面最高点位置也更高;水位降落时的上游边坡渗流方向指向坡面;浸润线最高点高度与坡前水深的比值h0/H与降落时间t/T间存在线性关系,k/μv作为判断骤缓降的指标与其线性系数呈指数关系。
  • 张伟, 张家发, 孙厚才
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 13-16.
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    针对长江堤防典型的地层砂样,采用砂砾石和聚氨酯作为反滤料,利用葡萄糖溶液模拟地层中的还原条件,开展了反滤试验;并结合对实际减压井运行的观察,分析研究了化学淤堵的机理。地层中的含铁矿物处于还原条件,在减压井自流排水时,被溶解的铁离子向井内运移,在井口或水面附近形成高价铁化合物,吸附于井壁,或悬浮于水中。在减压井停止排水时,氧化作用进一步加剧, 高价铁化合物向井结构内运移和吸附沉淀,逐渐造成减压井的淤堵。这种铁离子来源于地层,氧化于水面,又吸附沉淀于井结构的过程,说明了化学淤堵具有溯源特性。
  • 李少龙, 张家发, 杨金忠
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 17-20.
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    渗透系数的空间变异性是影响渗流场不确定性的重要因素。将渗透系数作为各向同性对数正态平稳随机场,通过数值模拟研究渗透系数空间相关性对渗流场统计特征的影响。选取了3种具有代表性的相关函数模型,即指数模型、高斯模型和球状模型,分别以渗透系数的相关距离和变异系数为变化因子对水头方差作敏感性分析。结果表明,渗透系数相关函数模型的选取、相关距离和变异系数的取值对水头方差具有较大影响。
  • 段祥宝, 朱亮, 谢丽娅, 谢罗峰
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 21-25.
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    以重金属铬为地下水污染物,研究了原位电化学动力修复技术的具体应用,分析了恒压条件和恒流条件的电化学动力原理,开展了污染地下水的修复模拟试验,揭示了电场作用下地下水中重金属迁移规律。成果表明:该法对地下水重金属污染修复效果较好,Cr(Ⅵ)的去除率达到99.95%以上,出水浓度满足相关标准,应用于实际工程是可行的。
  • 祝峰军, 李连喜
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 26-29.
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    新疆叶尔羌河流域位于塔里木盆地的西缘,其中游渠首水闸地基主要持力层为粉细砂,结构为松散稍密、弱中等透水地层,存在地震液化、地基承载力较低、渗透稳定等问题。设计采用C20F150W6钢筋砼灌注桩、高压旋喷桩、振冲碎石桩及钢性C20F150W6砼防渗墙等多种形式相结合的方式处理水闸地基。为进一步论证设计的合理性及施工的可行性,针对粉细砂地层水闸地基基础处理进行了试验研究,进一步验证或确定了各种基础处理的技术指标,选择了合理的施工工艺及施工参数,从而为设计、施工提供了可靠依据,并起到了优化设计的作用。
  • 谢罗峰, 段祥宝
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 31-34.
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    水位下降时产生的非稳定渗流不利于堤坝边坡稳定,是一个与水力学和土力学有关的复杂问题。开展了非稳定渗流作用下的边坡稳定模型试验,研究了不同土力学条件和水力学条件下,渗流对边坡稳定性的影响,探讨了水位降落指标k/μv与边坡稳定性之间的关系。结果表明:在边坡稳定性分析中,渗流方向是边坡稳定分析的关键,水位降落时渗流向上游方向,边坡安全系数远低于其他渗流方向。边坡失稳发生在水位降落过程中临水坡的渗透力或渗透坡降达到最大的时刻。不考虑渗流方向的计算结果不能正确反映边坡的稳定性,建议边坡稳定分析须正确考虑渗流作用。
  • 王旭升, 万力
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 35-38.
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    非稳定渗流资料在常规压水试验中往往被忽略,也缺少成熟的分析方法,但可以提供裂隙渗流和变形特征的重要信息。借助于地下水动力学概念,考虑裂隙水流的连续性、应变渗透耦合效应、隙间串流、裂隙水贮存量变化等裂隙行为特征,建立了单组裂隙压水试验的非稳定渗流控制方程。在假设参数恒定的情况下,得到简化模型的解析解,并用于分析某花岗岩压水试验中的流量动态曲线,求出了裂隙导水系数、贮水系数和隙间串流参数。模型解释了常规压水试验中单位吸水量、参考渗透系数和实际渗透系数之间的关系。
  • 李少龙, 杨金忠, 张家发
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 39-43.
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    在水力特性参数空间变异性的影响下,渗流场具有一定程度的不确定性。分析了随机场KL展开的特点,阐述KLME渗流随机分析方法的基本原理,发现利用KL展开的均方收敛性和摄动方法的渐进收敛性,并将随机偏微分方程转化为递推的确定性偏微分方程组求解,提高了计算效率;对非饱和渗流场进行随机数值模拟,考虑了非饱和渗透函数的参数场之间不相关、正相关和负相关3种情形,分析表明参数场之间的互相关性对渗流场的统计特征具有较大影响。
  • 李连侠, 刘达, 廖华胜, 袁明
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 44-48.
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    对锦屏二级水电站防渗墙后止水失效情况下的渗流量、渗流场及渗透稳定等水力特性进行了数值模拟。计算结果表明:止水失效时,防渗墙便会失去作用,护坦段扬压力会增高,护坦段需要布置排水措施;止水失效成空缝时,渗流量剧增,基础将会发生渗透破坏,应对防渗墙后止水措施和工艺加以重视;止水失效但接缝被渗透系数为10-3cm/s量级的淤泥填淤时,渗流量、渗流场及渗透坡降场与止水正常情况时相近。
  • 李少龙, 张家发
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 49-53.
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    将渗透系数作为对数正态非平稳随机场,分解为确定性趋势和平稳性扰动两部分,采用基于随机场Karhunen Loeve展开和摄动分析的KLME随机数值方法,探讨参数场的连续型线性趋势和间断型趋势项对渗流场统计特征的影响。分析表明,水头均值和标准差的空间分布受到参数场趋势性变化的影响,随线性趋势的变化方向而呈不同分布,线性趋势的斜率增大,水头统计矩的二阶修正项的作用也增大,在参数场间断型趋势条件下,水头统计矩呈复杂的非规则空间分布。
  • 毛宁
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 54-57.
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    针对试验研究资料画在有关函数的坐标纸上仍然不是直线关系的情形,介绍了找经验公式的简便方法。作为实例,选择了水力学和土力学中常用的关系曲线,它们分别是点绘在双对数、半对数和普通方格纸上的。借此三例典型曲线,叙述了求经验公式的简便方法过程,并求得相应曲线的球体潜水运动力系数公式,泥沙沉降速度公式,软土地基沉降固结度公式和给水度公式。
  • 张强林, 王媛, 曹国利
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 58-61.
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    为了解决计算精度与计算时间之间的矛盾,针对三场耦合问题,根据区域分解策略,采用预处理共轭梯度法进行方程组的并行求解,利用mpi+f77编制主从式并行有限元计算程序,并在河海大学高性能计算机群上进行调试及计算,通过算例计算,显示并行计算可大幅节省计算时间,未来必会得到更广泛的应用。
  • 孙玉杰, 邬爱清, 张宜虎, 张家发
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 62-66.
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    采用UDEC离散单元法中关于裂隙岩体开挖模拟及水力全耦合分析模型,分析裂隙岩体洞室开挖后,围岩应力与水力耦合作用导致的裂隙隙宽变化及渗流变化的过程。结果表明:洞室开挖完成后,在围岩渗流与应力耦合作用下,围岩中裂隙隙宽、裂隙中水压及其渗透流量的变化是一个动态过程,且相互作用与相互依赖;裂隙的闭合使得结构面水力梯度变大,作用在裂缝上的渗透压力增大,促进导水裂缝扩展,裂隙连通性增加;裂缝张开度增大,渗透能力增强,渗流量增大,其渗流压力相应降低;由于围岩中裂隙隙宽、压力和渗流量的动态依赖性,在一定条件下,裂隙隙宽的改变可导致局部水力通道的形成,高压水头从局部涌出,从而促进突水灾害的形成。研究成果初步表明了所采用方法的有效性,并为研究裂隙岩体中开挖洞室引起的突水问题提供了潜在的研究方向。
  • 张俊霞, 李莉, 朱登峰
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 67-70.
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    根据西霞院反调节水库电站厂房坝段工程的地质情况,该段工程的地基处理采用水平放置的“[”形混凝土防渗墙防渗。为了解厂房坝段地下水运动规律、渗流控制措施作用,对电站厂房坝段进行了三维渗流计算分析,结果认为:电站厂房段渗流控制措施的选择和布置,从整体上看比较合理;从扬压力等值线分布图来看,海漫段底板所承受的渗透压力较大。因此建议,对于海漫的砼底板厚度进行渐变加厚处理,亦即海漫段上游端至下游端,底板厚度由1.0m 渐变至0.60m ,从而确保电站厂房坝段的安全运行。
  • 崔皓东, 朱岳明, 张家发, 朱国胜
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 71-75.
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    采用三维有限元精细模拟技术,对某抽水蓄能电站工程复杂渗流场进行计算,重点研究了深埋高压输水隧洞和岔洞钢筋混凝土衬砌开裂状态下洞室群围岩的渗流场分布特征。研究表明,在高压岔洞下游侧高压支管区设置防渗帷幕和排水孔幕组合防渗体系,对衬砌开裂状态下的高压渗水有显著控制作用,使该区域渗控效果基本满足要求,为下游厂房长期安全运行提供了保障。
  • 邵宇, 许国安, 朱瑞, 罗晓霞
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 76-82.
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    大西沟水库的安全直接关系到下游乌拉泊水库和乌鲁木齐市的安全,为此对大西沟水库沥青心墙坝进行了三维稳定渗流计算分析,结果表明:①F126,F130等组断层穿过心墙坝基,对渗流场的影响较大,使通过坝基的渗流量增大,心墙底部渗透坡降也增大,这将加大渗流对心墙底部的冲刷,因此,心墙底部断层处,防渗处理非常重要。②灌浆帷幕的渗透性与所在岩基的渗透性相差不大,灌浆帷幕的防渗作用不明显,两岸用延伸帷幕灌浆长度来增加防渗效果不明显;同样心墙底宽的灌浆帷幕的防渗效果也不明显,而心墙底宽的大小却对心墙底部渗流场的影响变得明显。
  • 李斌, 凌霄, 宋志宇
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 82-86.
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    采用稳定渗流和非稳定渗流的三维有限元模拟技术,对南水北调中线一期穿黄工程南岸渠道高边坡的渗流状态进行了计算分析。根据拟采用的渗控措施,分别计算了渠道边坡在施工期、完建期、运行期和检修期内,采用不同降排水措施下边坡内的渗流状况,分析评价了各种渗控措施的降排水效果,对渠道边坡在不同阶段的渗控方案设计具有重要指导作用。
  • 巫润建, 李国敏, 董艳辉, 黎明, 乔小娟
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 87-91.
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    以锦州某地下水封洞库工程为例,对研究区的水文地质条件、洞库结构和人工水幕系统进行了概化,建立了地下水封洞库在无水幕、有水平水幕、有水平水幕和垂直水幕3种条件下的三维地下水渗流数值模拟模型,模拟了地下洞库周围的地下水渗流场;利用建立的地下水渗流数值模型预测了3种条件下洞库周围地下水等水位线扩展情况及洞库上方地下水位变化情况等,并对结果进行了对比分析。由分析结果可知,有水平水幕和垂直水幕条件下的地下水等水位线扩展范围和速度比其他2种条件小,因此人工水幕系统在保证地下水封洞库工程有效性和储油安全性以及保护洞库周围地下水环境等方面起到了重要作用。
  • 王民侠, 张荣斌
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 92-94.
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    在均质土坝设计中,水位骤降通常是拟定上游边坡时需控制的工况。水位降落期浸润线位置判别和确定,为大坝稳定计算提供依据,合理判别水位降落速度是浸润线计算的关键步骤,为此,用k/μv表示库水位相对于渗流自由面下降的速度,以区别库水位是缓降、快降还是骤降,并以此来判别和计算浸润线。渗透系数k值一般可通过试验给出比较精确的数值;给水度μ是确定浸润线位置的关键参数;黏性土μ值的研究目前还没有比较完善的确定方法。此次研究采用了公式计算和查表对比的方法确定合适的给水度值,并用不同公式进行了水位下降快慢的判别,提出了水位骤降期坝型调整和稳定计算指标合理性问题。
  • 朱国胜, 张家发, 王金龙
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 95-100.
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    日冕水电站心墙堆石坝最大坝高达346 m,坝体的渗流,尤其是心墙的渗流,对大坝的安全至关重要。采用有限元计算方法,对多种条件下的大坝渗流场进行了计算。通过计算成果的对比分析,认为在反滤层Ⅰ与心墙渗透性相差10倍以上、心墙坡比为1∶0.25时,大坝分区和渗流场分布比较合理;在反滤层Ⅰ与心墙渗透性相差较小、心墙坡比更陡的条件下,心墙的安全性将更加依赖于反滤层的保护。针对水电站水位以8 m/d的速度连续下降5d的较不利条件分析非稳定渗流场,结果表明:上游坝壳内的自由面几乎同步下降,对上游坝壳渗透稳定和坝坡稳定影响不大。研究成果为水电站预可研阶段设计提供了参考依据。
  • 张伟, 吕国梁, 王金龙, 肖利
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 101-104.
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    在对前期大坝各渗透性分区填料的试验结果进行分析整理的基础上,选取代表性断面1+180进行了二维渗流计算分析,确定了不利计算参数组合;针对不利计算参数组合,分析评价了心墙无缺陷条件下静压注浆体的渗控效果;并对心墙产生水平裂缝的渗流状态以及静压注浆体的渗控效果进行了计算分析。计算结果表明,静压注浆弥补了老坝心墙局部尺寸不够的情况,在心墙出现裂缝等极端情况下,静压注浆体能够有效控制裂缝渗漏带来的影响。同时,计算还揭示了下游砂卵石坝壳料局部渗透比降偏大的情况,建议通过在排水棱体和下游挡墙前设置合理的反滤层以提高下游坝壳料渗透稳定性。
  • 张伟, 吕国梁, 王金龙, 肖利
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 105-108.
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    在对丹江口左岸土石坝二维渗流计算分析的基础上,重点考虑了土石坝与混凝土坝连接段尚存的40m防渗墙缺口段,采用三维渗流有限元计算程序,针对二维渗流分析得到的不利参数组合情况,对心墙有无横向垂直裂缝的渗流状态以及静压注浆体渗控效果进行了计算分析。计算结果表明,静压注浆体弥补了老坝心墙局部尺寸不够的现状,在心墙出现横向垂直裂缝等极端情况下,静压注浆体能够有效控制裂缝渗漏带来的影响。同时,对心墙底部与基岩接触以及心墙与混凝土接触部位的渗透稳定性进行了评价。
  • 丁金华, 任大春
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 109-113.
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    清江水布垭大岩淌滑坡位于水布垭水电站坝址区后部,正处于溢洪道泄洪时产生的雾化强暴雨中心地带,这种强雾化雨会显著影响滑坡体内的地下水分布,并给滑坡体的稳定带来不良后果。为全面准确地了解大岩淌滑坡体在不同外部入渗条件下的地下水流场分布情况,采用三维饱和非饱和稳定渗流有限元法对滑坡在天然降雨以及高强度雾化降雨条件下的地下水流场分布进行了计算分析,比较了滑体不同防、排渗措施的渗控效果。计算成果显示:滑体在持续的雾雨作用下将处于全部饱和状态,设置防渗排水工程措施能够比较有效地降低滑体内地下水位,即便地表防渗体系存在裂缝等隐患,结合排水洞、孔等措施,也可将滑体内地下水位基本控制在较低范围内。
  • 任大春, 吴新霞
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 114-117.
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    防渗墙钻孔压水原位渗流检测方法由于施工简单、成本低、时间短、对堤坝没有损伤,是一种值得推荐的堤坝防渗墙现场检测方法,但目前尚无相应的渗透系数计算公式。通过饱和非饱和三维渗流计算并分析防渗墙钻孔压水试验中渗流分布特性,推导出防渗墙钻孔压水试验的渗透系数近似计算公式,为堤坝防渗墙施工质量的快速检测工作提供一定的技术支持。
  • 谢定松, 刘杰, 魏迎奇
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 118-121.
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    国内外面板坝的建设发展迅速,但要兴建300m级左右的高面板堆石坝,有些技术问题尚需研究。根据国内3座坝和巴西的坎泼斯诺沃斯及其他几座坝的运行性状,从渗流控制的角度提出了高面板堆石坝当前需要研究的面板与垫层的脱开问题、垫层料的优化设计问题以及砂砾石面板坝的排水设计问题,并提出了相应的研究途径。
  • 严祖文, 魏迎奇, 蔡红
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 122-125.
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    2008年5月12日,汶川特大地震在灾区诱发了34处规模较大的堰塞湖,影响巨大,特别是唐家山堰塞湖,引起了全国广泛关注和重视。堰塞湖往往会带来严重的灾害,不仅在形成过程中可能造成生命财产的直接损失及上游的淹没损失,而且在形成后还会对下游带来淹没或溃坝洪水等次生灾害。考虑堰塞坝应急处置的特点,评价了堰塞坝的渗透稳定性,确定了渗透破坏的形式和程度,并以唐家山堰塞坝为例进行了渗流计算分析,以期对堰塞坝安全性状评估的进一步研究提供参考。
  • 黄梅琼, 柴军瑞, 白勇, 刘钊春
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 126-128.
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    深厚覆盖层广泛分布于我国大江大河中,开展其研究对加快我国水利水电工程建设具有重大意义。在深厚覆盖层地基上建坝首要解决的是大坝的基础防渗问题。对工程算例进行了二维渗流场数值分析,结果表明:在深厚覆盖层地基上延长水平黏土铺盖至4倍上游水头可以减少渗漏量;大于4倍上游水头时,继续增加铺盖长度对渗流量无影响;只有当混凝土防渗墙深度大于3/4倍地基覆盖层厚度时才能取得较好的防渗效果;当防渗墙完全封闭覆盖层时能够可靠、有效地截断水流。
  • 程永辉, 饶锡保, 李青云
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 129-132.
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    某病险水库主坝在除险加固过程中发生了滑坡,通过对主坝工程地质条件、施工方法、施工过程及建设管理等方面的深入分析,获得滑坡产生的原因:①坝体质量较差;②防渗墙施工方法不当;③发现险情后,未及时采取措施;④水位骤降过大,孔隙水压力未消散。结合工程实际情况,提出了应急处理措施及除险加固方案,经后续加固,水库运行状况良好。本案例总结的经验和教训,也可为其它类似工程提供经验和参考。
  • 梁越, 陈建生, 陈亮
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 133-136.
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    为研究沿海地区海岸线海水入侵问题,探讨了注水井水力帷幕阻止海水入侵的方法。该方法利用排列注水井,提高注水井沿线的水头高度,阻止海水入侵的发展,驱使海水前锋向海洋方向后退。通过突变界面模型解释了注水井水力帷幕防治海水入侵的机理,证明了注水井水力帷幕的有效作用;利用井流理论得到了注水井水力帷幕各参数间的关系,并利用帷幕建设消耗费用最小的原则,给出了帷幕初步设计方案,通过简单算例进行了分析说明。〖JP〗
  • 曹洪, 李俊, 符能江, 孙子钧
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 137-141.
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    潮州城区由于水库的修建带来浸没问题。经过分析,利用城区渗流场具有的两河间单向渗流的特性,采取悬挂式截渗墙、减压井等工程措施,并布置地下水监测网络。分析蓄水后的监测资料和相关运行记录,可明显看出减压井的工作效果。潮州老城区地下水位情况基本上与设计预测状态相符。城郊个别区域尚存在溢水或承压现象,也做了相应的分析和处理。
  • 黄耀英, 沈振中, 田斌, 周宜红
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 142-145.
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    研究了高混凝土坝不同水荷载和水荷载的不同作用方式对位移分量的影响,得到结论:①当地基截取范围逐渐增大时,无论作用在地基上的水荷载按面荷载考虑还是按渗流体荷载考虑,都将引起参考基点(倒垂线锚固点或坝踵正下方1倍坝高)的水平位移逐渐增大。由于工程上常将倒垂线锚固在岩基深处,并认为该倒垂线测值为绝对位移,当考虑作用在地基上的水荷载时,将倒垂线测值作为绝对位移的认识是有局限性的。②为了获得精度良好的参数反演值,必须考虑到参考基点的位移,应采用大坝有限元数值计算的坝顶位移和基点位移的相对值,联合实测位移分离出的水压分量进行参数反分析。

  • 沈登乐
    长江科学院院报. 2009, 26(10): 146-150.
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    根据大坝安全鉴定、除险加固初步设计与施工,以及上游坡滑坡后的现场调查、变形监测、勘探试验等资料,结合上游坡稳定分析计算,对王洼水库主坝上游坡滑坡原因进行了分析,并提出了滑坡体挖除回填和坝轴线后移两种处理方案。施工最终采用了滑坡体挖除回填方案,目前已处理完成并投入运行,效果良好。