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T-TDR技术在土石坝渗流检测中的应用研究

2020-12-08阅读(984)

T-TDR技术在土石坝渗流检测中的应用研究

论文摘要

大坝安全不仅关系到大坝本身的正常运行,更关系到人民的生命财产安全。一旦大坝出现安全事故,将造成巨大的损失,对此,人们应给予高度的重视。渗漏是土石坝中最常见的工程问题,土石坝的渗漏问题不仅会给坝体的正常运行带来安全隐患,同时还将造成水资源的流失。因此,必须要对土石坝进行合理有效的渗漏探测。本研究以不同压实度及不同种类的土体来模拟土石坝心墙,采用蠕动泵提供渗漏过程中的渗漏水流,建立了基于热脉冲时域技术（T-TDR,Thermo-Time Domain reflectometry）进行渗漏检测的理论模型,试验通过土体的热特性及水流通量的测量,对比了热脉冲技术测定水流通量的不同计算模型,最终确定了上下游温度上升比率法为最优计算模型。为了研究大坝渗漏流场分布,通过HYDRUS-2D/3D模拟了渗流源与不同探针设置点的水流扩散情况,进而对热脉冲传感器探针在坝体位置的设置方案进行了优化,完善了热脉冲技术进行大坝渗漏检测的技术方案,主要研究成果如下:（1）应用上下游温度上升比率法（Td/Tu）测算出的水流通量与实测水流出流值呈现良好的线性关系,热脉冲法（T-TDR）进行土石坝渗漏检测具有较好的测量精度和稳定性。（2）热脉冲法（T-TDR）测算水流通量值与土体压实度大小及土体种类有关,且可以准确检测出不同土体压实度及不同土体种类对土体水流通量大小的影响;T-TDR测算出的土体水流通量值可以较好的反映出土体不同压实度及不同种类条件下的渗流情况。（3）热脉冲法测算水流通量值与提供的热脉冲加热时长有关,当把热脉冲加热时长由8 s调整为15 s时,热脉冲传感器对水流的敏感程度加大,更能反映出实际水流的渗流量大小。（4）通过HYDRUS-3D软件建立三维土石坝模型,模拟了不同水压力及不同心墙材料情况下土石坝内部的渗漏模型,当土石坝心墙材质相同时,随着上游水位的升高,水压力变大,渗漏场会随之变化,且坝体浸润线有所抬升,下游渗出面位置上移。当水压力相同时,心墙种类由壤土心墙变为黏土心墙时,渗漏所需时间变长,坝体浸润线及下游坝面渗出面位置有所下降。将热脉冲传感器探针埋设在渗漏稳定场可有效提高测量精度,基于此可以将T-TDR技术应用于实际土石坝工程中。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究背景与意义
  •   1.2 土石坝渗漏检测方法研究现状
  •   1.3 T-TDR技术研究进展
  •   1.4 T-TDR计算土壤中水流通量研究进展
  •   1.5 研究思路
  •     1.5.1 研究目标
  •     1.5.2 研究内容
  •     1.5.3 技术路线
  •   1.6 本章小结
  • 第二章 T-TDR测定土壤热特性及水流通量原理
  •   2.1 热脉冲法基本理论
  •   2.2 计算水流通量的主要方法
  •     2.2.1 计算水流通量的最大无量纲法）(MDTD
  •     2.2.2 计算水流通量的上下游温度升高比率法
  •     2.2.3 计算水流通量的上游或下游达到最高温时间法
  •     2.2.4 土壤水热平衡理论计算土体水分渗漏量
  •   2.3 本章小结
  • 第三章 大坝渗漏检测试验方案设计
  •   3.1 试验仪器与材料
  •   3.2 热脉冲传感器设计与制作
  •   3.3 CR1000 数据采集仪应用原理与程序设计
  •     3.3.1 数据采集技术
  •     3.3.2 CRBasic程序设计
  •     3.3.3 数据采集仪连接
  •     3.3.4 数据采集仪工作方式
  •     3.3.5 试验装置布置方式
  •     3.3.6 试验步骤与方法
  •   3.4 本章小结
  • 第四章 热脉冲探针布置方案设计
  •   4.1 HYDRUS-2D软件建模
  •     4.1.1 HYDRUS-2D模型简介
  •     4.1.2 模型模块组成
  •     4.1.3 模型模拟原理
  •   4.2 模型构建
  •     4.2.1 模型边界
  •     4.2.2 有限单元网格划分
  •     4.2.3 模拟时间设置
  •   4.3 模拟结果与分析
  •   4.4 本章小结
  • 第五章 热脉冲探针位置优化后渗漏分析与应用
  •   5.1 位置优化后不同密度砂壤土试验结果与分析
  •   5.2 位置优化后不同密度砂壤土对水流的阻滞作用
  •   5.3 热脉冲加热时长调整后不同密度砂壤土试验结果与分析
  •   5.4 热脉冲加热时长调整后不同密度砂壤土对水流的阻滞作用
  •   5.5 不同密度壤土试验结果与分析
  •   5.6 不同密度壤土对水流的阻滞作用
  •   5.7 误差分析
  •   5.8 T-TDR技术监测土石坝渗漏应用实例
  •     5.8.1 模型边界
  •     5.8.2 有限单元网格划分
  •     5.8.3 模拟时间设置
  •     5.8.4 模拟结果与分析
  •   5.9 本章小结
  • 第六章 结论与展望
  •   6.1 主要结论
  •   6.2 不足与展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 个人简历

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 张楚坪

    导师: 许景辉

    关键词: 土石坝,渗漏,热脉冲,水流通量

    来源: 西北农林科技大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 力学,水利水电工程,水利水电工程

    单位: 西北农林科技大学

    分类号: O35;TV223.4;TV641

    总页数: 56

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