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平原水库土工膜下气体运移规律及其数值模拟研究

刘一龙  
【摘要】:土工膜是我国平原水库建设中的主要防渗措施之一,随着近年来平原水库建设的发展,土工膜下气胀问题日益突出。水库铺膜蓄水之后,在地下水位变化等条件的影响下,非饱和土中的孔隙气压分布将产生变化。过高的孔隙气压将产生气胀,破坏土工膜层,进而使水库防渗层失效。因此,研究平原水库土工膜气胀问题,具有重要的现实意义。 土工膜下气胀问题主要包括非饱和土孔隙气体运移规律的研究及其数值模拟的实现。本文围绕这两个方面进行了理论分析和数值模拟,具体工作和主要结论如下: (1)介绍了非饱和土在水气运移方面的特点,介绍了非饱和土不同水相、气相存在形式下的三种体系并建立了孔隙气体运动理论。推导不同饱和度下非饱和土孔隙气体运移的微分方程,为数值模拟提供了依据; (2)分析了孔隙气体运移模型和热传导模型的相似性,并对输入参数和荷载进行转化。为应用热分析软件模拟孔隙气体运移建立了基础; (3)介绍常用的逆止阀、盲沟和填土压重等气胀控制措施,并将其转化为模型的边界条件。应用ANSYS软件对于平原水库膜下非饱和区域分别建立了无排气措施模型、逆止阀单独作用模型和排气盲沟模型; (4)对于不同气体渗透系数、初始饱和度和盲沟排列间距的排气盲沟作用模型采用有限单元法进行了数值模拟。将数值模拟结果与实验数据对比,分析了数值模拟方法的合理性。根据数值模拟的结果分析了不同因素对于孔隙气压分布的影响趋势,并根据工程实际,提出了相应措施。


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