颗粒级配对堤坝碎石土内部渗透侵蚀影响的试验研究

渗透作用是造成土石坝和堤防工程破坏的重要诱因,研究碎石土内部渗流侵蚀规律具有重要的理论意义和工程价值.文章利用试验研究的方法,探索了颗粒级配对堤坝碎石土内部渗透侵蚀影响.结果显示,碎石土的颗粒级配变化范围越窄,越有利于提高其抗渗稳定性.基于研究成果,建议在碎石土堤坝施工过程中选择颗粒级配范围较窄的碎石土,以提高堤坝的抗...     

三峡库区滑坡堆积体非饱和土的土——水特征研究

滑坡堆积体在自然界广泛分布,在三峡库区尤为常见。据统计,三峡库区滑坡体多为不同类型的土石混合物所组成。研究滑坡堆积体的土—水特征对三峡库区地质灾害防治与土木工程建设具有重要价值。采用室内压力板试验仪,重点分析碎石粒径大小、碎石含量、颗粒级配、干密度以及土的塑性指数对滑坡堆积体的土—水特征曲线的影响,并基于Fredlund-Xing(FX3)模型采用SPSS软件回归分析得出简便的计算三特征参数的函数。分析表明:碎石颗粒较小、碎石含量较大两因子相比干密度较小、塑性指数较小两因子对滑坡堆积体的土—水特征曲线的影响具有相同趋势。碎石级配较好的滑坡堆积体有利于脱水,进气值一般较大。非饱和滑坡堆积体的土—水特征曲线的预测方法应用简便,具有一定实用性。     

碎石土渗透特性试验研究

碎石土渗透系数是渗流分析及边（滑）坡稳定性评价等问题的关键参数。由于碎石土具有非均质性、非连续性以及影响因素多等独特性质,研究碎石土渗透特性的困难较大。利用大型渗透仪,试验研究了碎石含量、孔隙比和颗粒级配对碎石土渗透系数的影响规律,分析了渗流前后颗粒级配变化及其对渗流特性的影响,以及碎石含量、孔隙比大小对渗流前后颗粒级配变化的影响。结果表明:碎石含量与渗透系数之间关系符合指数关系;孔隙比与渗透系数之间的关系符合多项式拟合关系;特征粒径、不均匀系数和曲率系数与渗透系数之间的关系符合线性拟合关系,颗粒级配对渗透特性的影响主要是不均匀系数和特征粒径,曲率系数影响较小;渗流前后颗粒级配的变化与水力梯度有关。     

考虑堆石料颗粒形状的大三轴数值模型构造

离散元数值试验是研究堆石料力学特性的重要手段之一。堆石料颗粒形状不规则且粒径跨度大,很难形成既考虑颗粒形状,又满足实验室级配和孔隙率要求的离散元数值试样。在研究傅里叶描述符对颗粒延伸率、纵横比、扁平度等形状描述指标影响的基础上,构造了一系列不规则形状的细观堆石颗粒。结合离散元方法,采用Ｃｌｕｍｐ－ｂａｌｌ混合的落雨式分层过压建模法构造了大三轴数值模型。结果表明,构造方法更接近实验室制样过程,数值模型满足室内试验级配和孔隙率要求,为研究颗粒形状对堆石料力学特性影响作铺垫。     

宽级配粗粒土数值试验微观参数的敏感性分析

在离散元数值试验中,微观参数的取值直接决定着宏观参数。目前微观参数的研究多针对窄级配土、小尺寸的试样,基于宽级配粗粒土微观参数的研究较少。本文采用离散单元法,根据某水利工程宽级配粗粒料试验级配,采用常规大型三轴压缩试样尺寸,分析了线性接触模型中颗粒接触刚度和颗粒摩擦系数等微观参数对初始弹性模量、初始体积模量以及峰值强度的影响规律。研究结果表明:(1)初始弹性模量和初始体积模量均随着刚度比的增大而减少,当刚度比较大时,峰值强度表现为明显的下降趋势;(2)颗粒摩擦系数的大小对峰值强度的影响显著,当摩擦系数小于0.8时,对初始弹性模量和初始体积模量的影响较大。建议针对大尺寸试样、宽级配条件的数值试验刚度比取值范围为1.0~5.0,摩擦系数取值为0.4~0.8。     

碎石土斜坡优先流渗流特征试验

为研究碎石土斜坡在雨水作用下的渗流特性,以2种不同级配的碎石土为坡体模型材料,利用自行设计的模型槽开展雨水作用下优先流渗流特征的试验研究。试验模拟降雨入渗及地下水变化,在碎石土斜坡内部生成浅层孔隙及深层管道网络,采用染色示踪技术结合图像处理分析碎石土斜坡内部大孔隙流、管流以及漏斗流的渗流特征及成因。试验结果表明,采用室内试验方法模拟降雨及地下水变化,对于展现坡体内部与外界水分动态交换过程,研究优先流非均匀流动特性是一种非常有效的手段。     

基于深度阈值卷积模型的土石料级配智能检测方法研究

土石料级配合理性直接影响土石坝的力学特性与抗渗性能,当前级配检测主要依靠人工筛分试验,无法实现大规模快速检测。传统图像识别算法不符合土石料级配检测的精度要求,深度学习图像识别算法需要海量人工标记的训练样本,难以满足工程实际需求。本文结合传统图像识别中基于最大类间方差的边缘检测算法与卷积神经网络深度学习模型,研究了土石料图像识别与级配数据智能分析相结合的级配检测方法,建立了可实现级配快速检测的深度阈值卷积模型(Deep Otsu Convolutional Neural Network,DO-CNN),提高了级配检测的精度,并以灰岩石料为典型样本,通过18组标准筛分试验获取土石料级配数据及图像,进行模型训练与验证。结果表明:与仅使用基于最大类间方差法的边缘检测模型相比,DO-CNN模型能够极大提高级配检测的准确率与稳定性,实现基于图像的土石料级配快速检测。对于5 mm以下细小土石料颗粒,模型识别精度同样较高。     

基于Voronoi图的土工膜颗粒垫层随机重构模型

为研究垫层颗粒的形状、粒径级配及孔隙率与土石坝坝面防渗土工膜在颗粒垫层上的顶破胀破之间的关系,常采用真实颗粒材料进行试验,但受试样随机性和试验条件不可控的限制,往往难以得到具有统计意义的规律。针对这一问题,基于Voronoi图建立颗粒垫层的随机重构模型,通过调整模型中随机过程的参数实现对模型粒径级配和孔隙率的控制,同时对随机重构模型中颗粒的形状参数进行统计分析,并与真实颗粒的形状参数进行显著性检验。结果表明,随机重构模型的颗粒形状与真实垫层颗粒的形状较为接近;所建立的模型可用于进一步研究土工膜在颗粒垫层上顶破胀破的概率与垫层颗粒形状、粒径级配和孔隙率之间的关系。     

滑坡碎石土原位渗透试验及渗透系数预测研究

滑坡碎石土渗透系数是滑坡稳定性评价和治理工程设计的重要参数之一,由于影响渗透系数的因素较多,渗透系数与各影响因素之间的相关程度和相关关系是建立渗透系数经验公式的关键。对三峡库区秭归县15个滑坡30个试验点开展了原位渗透试验和颗粒级配试验,基于Person线性相关分析法和支持向量机回归(SVR)分析法,分析了碎石含量、孔隙比、特征粒径、曲率系数、不均匀系数与渗透系数之间的相关程度及滑坡不同位置各样本之间关联关系,建立了支持向量机回归模型。结果表明:渗透系数与滑坡碎石土的影响因素指标之间线性相关性不强,基于单因素指标建立的渗透系数线性经验公式可能存在较大误差;支持向量机回归方法能够较好地反映渗透系数与因素指标之间复杂的非线性关系,渗透系数的预测结果精度较高,可以作为滑坡碎石土渗透系数的预测模型。     

基于GA-BP神经网络的粗粒土渗透系数预测

针对粗粒土渗透性能受颗粒级配、密实程度等因素影响而呈现明显差异,提出一种粗粒土渗透系数预测方法。收集并整理得到93组粗粒土数据,以全级配(d₁₀~d₁₀₀)和孔隙比作为BP神经网络的输入变量,利用遗传算法优化BP神经网络的初始权值与阀值,构建基于BP神经网络和遗传算法的粗粒土渗透系数预测模型。结果表明:该GA-BP神经网络经过55次迭代之后精度满足要求;87组训练样本预测结果的平均相对误差为5.10%,其中有75%的样本相对误差小于平均相对误差;6组检测样本预测结果的平均相对误差为6.39%,该网络模型泛化性能良好。采用GA-BP神经网络,由全级配和孔隙比能较好地预测粗粒土的渗透系数,且收敛速度、预测精度及泛化性能均优于标准的BP神经网络模型。     

基于水利项目中碎石土渗透性的研究

结合国内一些研究思路及研究成果,依据多年现场实地工作经验,针对碎石土渗透性能展开研究。选取九江县戴山某滑坡的碎石土,进行样本重塑,分别改变碎石比例、空隙比、颗粒大小等条件设置多种试验样本,并设计对比试验方案。探究碎石比例、孔隙比、碎石颗粒大小对碎石土渗透性能的影响,采用对比分析的方法分析其试验数据,得到相应的函数变化关系,并分析小颗粒土流失情况。其结论可为水利工程建设及维护提供参考。     

土工袋双轴压缩的离散元数值模拟

鉴于土工袋材料介质不连续性的特点,采用离散元法模拟土工袋双轴压缩试验,从细观角度分析土工袋的力学特性。通过蒙特卡洛随机算法生成一定颗粒级配的土颗粒样本,计算时土颗粒间采用弹簧-阻尼器-滑块接触模型,袋子颗粒间采用皮筋-阻尼器接触模型。计算结果表明:土工袋的极限强度远大于无袋子土体的极限强度,土工袋破坏时的总体变形远大于无袋子土体破坏时的总体变形,且袋子颗粒间的张力呈非均匀分布;土工袋应力-应变的数值模拟结果与理论推导公式计算值吻合较好;竖向外力作用下,土工袋内部颗粒间力链由环状均匀分布向大主应力方向发展,颗粒位移呈对称性向两侧扩散,且袋子破坏是土工袋达到极限强度的直接原因。     

杨房沟混凝土人工骨料生产质量控制

随着人工砂石骨料在混凝土施工中普遍使用,其颗粒级配质量对混凝土和易性影响尤为重要,笔者依托杨房沟卡拉水电站上铺子沟砂石加工系统工程,结合系统生产工艺,剖析硬质岩人工碎石颗粒级配质量控制方法,成功解决了硬质岩人工碎石颗粒级配不良问题,为类似人工骨料生产质量控制提供参考和借鉴。     

颗粒级配对非饱和红土土-水特征曲线的影响

颗粒级配是影响土-水特征曲线的主要因素之一,探讨这个问题对研究非饱和土的渗流和强度特性具有重要价值。以江西红土为研究对象,人工配制5组颗粒级配不同的土样,基于分形理论研究其分形特征及其分维数,结合滤纸法试验测量土样的土-水特征曲线并求得其特征值,然后分析各特征值与分维数之间的关系。结果表明:对于不同颗粒级配的土-水特征曲线,同一体积含水率下细土颗粒含量越多的土样其基质吸力越大;粗细土颗粒含量不同的土样均具有较好的分形特征;颗粒级配定量指标均随分维数的增加呈现出先增后减的规律;且分维数随着细粒土含量的减少而降低,进气值和残余基质吸力值均随分维数的增大而提高。说明可运用分维数讨论颗粒级配对土-水特征曲线的影响。     

沥青路面级配碎石基层配合比设计应用技术

以老挝万象市2号路工程沥青路面基层级配碎石料的配合比设计为例,介绍了按照美国AASHTO规范要求结合国内实践经验,通过优化材料级配设计,选择砂性土填充料代替水泥、石粉的配合比设计方法,节省了工程投资,为类似的级配碎石基层料级配设计提供借鉴。     

颗粒级配对砂土剪切特性的影响及细观机理研究

为了探索砂土颗粒级配对其剪切特性的影响,以标准砂为基本材料,制备4种不同人工级配砂进行室内直接剪切试验;同时建立了和4种人工制备砂土相同级配的离散元数值试样进行数值剪切试验。直剪试验结果表明,颗粒级配对砂土内摩擦角影响比较明显,总体表现为内摩擦角随不均匀系数的增大而增大,随曲率系数的增大而减小。离散元数值模拟表明,砂土初始级配对孔隙率、颗粒配位数以及颗粒滑动率的影响都比较显著;砂土试样的破坏是与颗粒级配有关的渐进破坏过程;剪胀系数均随d_(10),d_(30)和d_(60)的增大而先减小后增大。     

级配不连续粗粒土渗透变形试验缩尺方法研究

目前,基于试样的干密度、抗剪强度、变形特性和渗透性等效,提出了各种粗粒土试验超粒径颗粒缩尺方法,但对渗透变形试验中超粒径颗粒的处理并没有明确说明。通过采用不同缩尺方法对具有不同渗透稳定性的级配不连续型粗粒土进行渗透变形试验,并与原级配土的试验结果进行对照,分析了各类缩尺方法对渗透变形试验的适用性。结果表明:对于缺级粒径小于5 mm的级配不连续型土,等量替代法不影响粗料的绝对孔隙体积和细料填充程度,对管涌型和流土型土进行缩尺处理不改变试样的渗透破坏形式和水力条件;相似级配法因土体粒径的等比例减小使反映粗料孔隙尺寸的特征粒径D20相应变小,对管涌型土进行处理后渗透破坏形式转变为过渡型,流土型土的渗透破坏形式虽不会发生改变,但土颗粒离散程度的增大使相应的临界和破坏坡降明显降低;等量替代法能取得优于相似级配法的缩尺效果。     

应用GA-BP神经网络预估砾类土的最大干密度

建立砾类土最大干密度预估模型,为控制砾类土工程填筑压实质量、选取满足工程压实性能要求的砾类土提供最大干密度预估参考。颗粒级配是决定砾类土最大干密度的关键因素,收集并整理得到92组砾类土数据,以全级配(d₁₀～d₁₀₀)作为BP(GA-BP)神经网络的输入变量,利用遗传算法优化BP神经网络的初始权值与阀值,构建基于BP神经网络和遗传算法的砾类土最大干密度预估模型,并与BP神经网络进行对比。86组训练样本预估结果的平均相对误差为0.54%,决定系数为0.983;6组检测样本预估结果的平均相对误差为0.57%,证明该网络模型泛化性能良好。采用GA-BP神经网络,由全级配能较好地预估砾类土最大干密度,收敛速度、预估精度及泛化性能均优于标准的BP神经网络模型。     

无粘性粗粒土的渗透试验研究

无粘性粗粒土颗粒组成具有较大分散性特点,其渗透系数受颗粒组成影响较大.为了探寻无粘性粗粒土级配对渗透系数的影响,通过室内试验方法进行不同级配的无粘性粗粒土渗透试验研究,试验结果表明,无粘性粗粒土渗透系数与其颗粒级配具有相关性.以太沙基公式为例,将原有公式修正为与级配参数相关的函数表达式,从而体现出无粘性粗粒土渗透系数与级配的关系,为无粘性粗粒土的工程特性进行了有益的探索.     

土石坝土料掺碎石混合料高压下的固结排水剪切强度特性

本文根据某高土石坝心墙料进行了纯土料和不同级配下不同碎石掺量的土、石混合料高压三轴固结排水剪切成果，阐述了混合料的压实特性，高压下的强度特性以及非线性模型参数性能，认为在筑坝心墙土料中反入合理级配的适量碎石，能提高该坝的抗剪强度，增加其稳定性，有利于土坝变形及强度性能的改善。