基于非饱和渗流理论的膨胀土渠坡渗流控制措施研究

发布时间：2017-08-09 14:36

  本文关键词：基于非饱和渗流理论的膨胀土渠坡渗流控制措施研究

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【摘要】：南水北调中线工程是优化我国水资源配置的战略性工程,全长约1421km。设计渠线在膨胀土地区累积长度约340km。膨胀土具有胀缩性、裂隙性和超固结性。遇水膨胀,失水收缩,干湿循环容易使膨胀土产生裂隙,水分更易于入渗,土体劣化且强度降低。膨胀土给南水北调中线工程带来了挑战。南水北调膨胀土渠段防护层用以促进和保障渠坡的稳定性。渠道水位以上渠坡主要是采用换填方案,换填土料为非膨胀性粘土或改性膨胀土。本文以国家“十二五”科技支撑计划项目“膨胀土渠坡防渗排水技术”(2011BAB10B04-2)为依托,针对渠道水位以上渠坡换填方案存在长期有效性的担心,试验论证具有排水功能的双层结构防护方案,研究建立了一套不同防护结构下开挖斜坡降雨入渗试验方法。通过物理模型试验,采用染色剂示踪湿润锋,实测土层内负压和模型排水量,研究了降雨条件下防护结构的作用效果,主要研究结论有:(1)粗/细粒二元结构防护方案试验表明,降雨入渗水分部分被细粒土层吸纳,进入粗粒层的水分顺坡侧向排出坡体,模型底部未形成排水,验证了粗/细粒二元结构可以有效地抑制坡体含水量的变化。(2)不同初始含水量条件下粗/细粒二元结构防护方案试验对比表明,粗/细粒二元结构防护方案在叠加前期降雨作用条件下排水作用更显著。(3)粗粒层防护方案试验表明,粗粒层防护方案对边坡土体含水量控制效果不及粗/细粒二元结构防护层。
【关键词】：南水北调 膨胀土 模型试验 双层结构 渗流控制
【学位授予单位】：长江科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV223.4;TU443
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 选题背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.3 研究内容及研究意义14-16
• 第二章 非饱和渗流基本理论16-29
• 2.1 引言16
• 2.2 非饱和土及土孔隙中水的形态16-18
• 2.3 土壤水势18-22
• 2.3.1 土壤水势的组成18-19
• 2.3.2 非饱和土中的吸力19-22
• 2.4 土水特征曲线模型22-25
• 2.4.1 土-水特征曲线参数22-24
• 2.4.2 土-水特征曲线VG、BC和FX模型24-25
• 2.4.3 土-水特征曲线的应用25
• 2.5 非饱和土中水的运动25-29
• 2.5.1 非饱和土的渗透系数26-27
• 2.5.2 非饱和渗流基本方程27-29
• 第三章 膨胀土渠坡渗流控制措施模型试验方法研究29-44
• 3.1 试验设计原则29
• 3.2 物理模型的设计与制作29-31
• 3.2.1 物理模型尺寸及边界条件29-30
• 3.2.2 降雨模拟器30-31
• 3.3 土体的选取及填筑31-40
• 3.3.1 粗粒层土料选取试验32-35
• 3.3.2 土样制备及填筑35-37
• 3.3.3 壤砂土、碎石、粘土颗粒组成及主要参数37-40
• 3.4 监测方法40-42
• 3.5 试验方案42-44
• 第四章 降雨入渗和排水试验成果44-56
• 4.1 粗细粒二元结构模型试验成果44-49
• 4.1.1 试验一负压剖面监测成果44-46
• 4.1.2 试验一染色剂示踪监测成果46-47
• 4.1.3 试验二负压剖面监测监测成果47-49
• 4.2 单一结构模型试验成果49-55
• 4.2.1 试验四负压剖面监测监测成果49-51
• 4.2.2 试验四染色剂示踪监测成果51-53
• 4.2.3 试验三、五负压剖面监测成果53-55
• 4.3 本章小结55-56
• 第五章 模型试验成果分析56-64
• 5.1 水量平衡分析56-57
• 5.2 水分运移过程分析57-59
• 5.3 水分运移关键时间节点59-60
• 5.4 排水效果及稳定排水效率分析60-63
• 5.5 本章小结63-64
• 第六章 结论与展望64-66
• 6.1 结论64
• 6.2 展望64-66
• 参考文献66-71
• 附录71-72
• 致谢72

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本文编号：645812