水位回升过程中的土体渗透分析文献综述

 2021-12-29 21:14:19

全文总字数:3267字

文献综述

文 献 综 述摘要:城市地下工程近年来得到大规模的发展,地下结构竣工后,停止降水,地下水位便逐步回升,坑底土体相应地由非饱和到饱和状态,其透水能力会出现变化,直接影响到回升后的水压在土体中传递过程。

为明确整个过程中土体不同位置处的孔压大小,本课题开展试验研究,对地下工程的规划设计、施工、后期维护等都具有重要意义。

关键词:土体渗透性;地下水回升;孔压传递规律地下工程与水位回升我国经济社会发展迅速,截止2019年城市化率已经达到60%,地下工程的相关应用越发广泛。

相应,有关的研究也越来越多样化。

对于地下结构,相对地震等少发危害,最为严重、常见和需要格外重视的危害便是水位回升[1];无论是魏月[2]、詹俊峰[3]等人分别对上海地铁水位回升应力应变规律及变形影响的有限元、数值模拟分析,还是富秋实[4]等人对地下室底板水位回升的有限元受力分析都表明,对于各类型地下工程,当竣工后停止排水,地下水位的回升都会对地下工程产生相当大的影响,若在设计时考虑不周,忽略水位回升对于土体渗透性的巨大影响,渗流将引起土体内部应力状态的变化,严重时会造成较为重大的地下破坏事故[5],且后期补救十分困难,事倍功半,因此对于水位回升过程中土体渗透特性及力学性能的研究就显得尤为重要。

但土体作为一种由土颗粒、水、空气组成的三相体系,是性质十分复杂的散粒体,其本身的独特性质注定在研究上有着难以观察、难以准确定性等诸多难题。

针对这些问题,前人也从不同角度不同方向展开了试验与探索。

前人对各方向的探索从研究模型角度,刘东平、王锦国等人[6]将透明土试验技术用于土体渗透特性的研究,用无定形硅分、硅胶、水凝胶和熔融石英等与真实土样性质相似的透明物质替代真实土样,运用荧光表征CCD相机捕获或添加人工反光颗粒等方式实现了土体内部变形和渗透的三维可视化研究,从物理模型上解决普通土无法直接观察内部渗流的情况;而曾锃[7]等人尝试了用传统渗流理论确定工程体渗透稳定的薄弱部位,用颗粒分析方法研究土体渗透稳定性,发现基于离散单元理论的颗粒方法比有限单元法能更好地解释土体的渗透破坏机理,孙军杰等人[8]创立了基于泊肃叶定律的土体渗透系数估算模型,刘一飞等人[9]采用离散元数值模拟方法,通过调节控制粒径的方式,随机生成不同粒径、不同孔隙率、不同级配的土体多孔介质后利用格子Boltzmann方法从细观孔隙流体尺度模拟了土中的渗流,并用Kozeny-Carman公式验证完全一致,将需要测量的参数全部化为工程可测的参数,对实际工程研究较有参考意义,肖宏宇等人[10]则将分形几何理论引入,基于土颗粒粒度的分维系数和球形土颗粒的假设,确定了单位体积土体中土颗粒的总数以及孔隙的总表面积,进而建立了包含四个可由实验确定的参数的土体孔隙比表面积分型模型,为土体渗透性的研究提供了新的方法,从理论模型上对土体渗透性进行了探究。

在理化角度,单慧媚等人[11]以三峡库区广泛存在的紫红色松散岩土为研究对象进行饱水试验,对饱水前后土样的微观结构以及化学成分进行对比分析,发现了水流对松散土体颗粒的物理运移以及水对土体的化学溶蚀作用、水土之间离子交换吸附作用影响土体结构和渗透性的规律,伍艳等人[12]同样把研究重心放在水-土作用中化学因素对于土体渗透性的影响上,用扫描电镜观测不同类型溶液饱和过的土样,得到了不同化学成分在不同浓度下对土体渗透性的影响曲线,进而分析了化学因素影响土体渗透性的作用机理,得出阳离子交替吸附作用、溶蚀及结晶沉淀作用引起的土体结合水膜厚度和矿物成分的改变才是引起土体渗透系数变化的主要原因。

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