ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ЭРОЗИИ ПЕСЧАНО-ГРАВИЙНЫХ ГРУНТОВ В МАССИВЕ С ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННОЙ СТЕНКОЙ NUMERICAL MODELING ON FLUID-SOLID COUPLING EROSION IN SANDY GRAVEL SOILS CONTAINING A SUSPENDED CUT-OFF WALL

Shuang Wang, Yao Tang, Qiming Zhong, Yuhua Wang

Аннотация


С помощью численного моделирования исследуется влияние направления фильтрационных потоков и гранулометрического состава грунта на внутреннюю эрозию при наличии в массиве грунта висячей противофильтрационной стенки. В расчетах использовались совместно метод дискретных элементов (DEM) для частиц грунта и закон Дарси для жидкости с применением метода конечных
разностей. Построение численной модели опиралось на данные экспериментов. Показано, что содержание мелких частиц и гидравлический градиент являются основными факторами, влияющими на эрозию грунта. Механизм эрозии с двух сторон разделительной стенки – сложный, что связано с направлением потока и содержанием мелких частиц в грунте. Ниже по течению от разделительной стенки восходящий поток постепенно разрыхляет скелет грунта и способствует миграции мелких частиц. Выше по течению от разделительной стенки нисходящий поток заставляет грунт с высоким содержанием мелкодисперсных частиц постепенно уплотняться при низком гидравлическом градиенте. Однако для грунта
с низким содержанием мелких частиц нисходящий поток способствует их миграции. Приведены графики, показывающие изменение пористости грунта с двух сторон разделительной стенки, для всех комбинаций параметров. Полученные результаты в основном совпадают с данными
эксперимента.


Полный текст статьи публикуется в английской версии журнала
«Soil Mechanics and Foundation Engineering”, vol.60, No.6


Литература


P. Talukdar and A. Dey, “Hydraulic failures of earthen dams and embankments,” Innov. Infrastr. Solut. 4, 42 (2019).

W. Wu, M. Altinakar, and M. Al-Riffai, et. al, “Earthen embankment breaching,” J. Hydraul. Eng., 137(12), 1549-1564 (2011).

L. M. Zhang and Q. Chen, “Seepage failure mechanism of the Gouhou rockfill dam during reservoir water infiltration,” Soils and Foundations, 46, 557-568 (2006).

L. M. Zhang, Y. Xu, J. S. Jia, and C. Zhao, “Diagnosis of embankment dam distresses using Bayesian networks. Part I. Global-level characteristics based on a dam distress database,” Can. Geotech. J., 48, 1630-1644 (2011).

V. S. Istomina, “Filtration stability of soils,” Gostroizdat, Moscow, Leningrad, (1957). (in Russian)

C. F. Wan and R. Fell, “Assessing the potential of internal instability and suffusion in embankment dams and their foundations,” J. Geotech. Geoenviron. Eng., 134, 401-407 (2008).

B. Indraratna, V. T. Nguyen, and C. Rujikiatkamjorn, “Assessing the potential of internal erosion and suffusion of granular soils,” J. Geotech. Geoenviron. Eng., 137, 550-554 (2011).

K. Lin and T. Akihiro, “Experimental investigations on suffusion characteristics and its mechanical consequences on saturated cohesionless soil,” Soils and Foundations, 54, 713-730 (2014).

H. Kazuki and T. Akihiro, “Suffusion-induced change in spatial distribution of fine fractions in embankment subjected to seepage flow,” Soils and Foundations. 55, 1293-1304 (2015).

V. N. Zhilenkov, “Recommendations for a Laboratory Testing Procedure to Determine Permeability and Suffosion Stability of Soils,” Izd. VNIIG im. B. E. Vedeneeva, Leningrad, (1991). (in Russian)

M. Andreini, P. Gardoni, S. Pagliara, and M. Sassu, “Probabilistic models for the erosion rate in embankments and reliability analysis of earth dams,” Reliab. Eng. Syst. Saf., 181, 142-155 (2019).

K. Weaver and D. A. Bruce, “Dam Foundation Grouting,” New York, USA: ASCE Press, (2007).

D. A. Bruce and S. Stefani, “Rehabilitation of Beaver Dam: a major seepage cut-off wall,” Ground Engineering, 29, 40-45 (1996).

C. E. Maxwell, D. B. Neil, R. M. Jack, and P. Nick, “Meibourne’s South bank interchange: A permanent excavation in compressible clay,” Canadian Geotechnical Journal, 41, 861-876 (2004).

D. A. Bruce, A. R. Di Cervia, and J. Amos-Venti, “Seepage remediation by positive cut-off walls: a compendium and analysis of North American case histories,” In: Canadian Dam Association Conference, Québec City, Québec, Canada, (2006).

A. Uromeihy and G. Barzegari, “Evaluation and treatment of seepage problems at Chapar-Abad Dam, Iran,” Engineering Geology, 91, 219-228 (2007).

A. Uromeihy and R. Farrokhi, “Evaluating groutability at the Kamal-Saleh Dam based on Lugeon tests,” Bulletin of Engineering Geology and Environment, 71, 215-219 (2012).

D. Y. Wang, X. D. Fu, Y. X. Jie, W. J. Dong, and D. Hu, “Simulation of pipe progression in a levee foundation with coupled seepage and pipe flow domains,” Soils and Foundations, 54, 974-984 (2014).

N. Benmebarek, S. Benmebarek, and R. Kastner, “Numerical studies of seepage failure of sand within a cofferdam,” Computers and Geotechnics, 32, 264–273 (2005).

R.B. Wudtke, “Failure mechanisms of hydraulic heave at excavation,” In: 19th European Young Geotechnical Engineers’ Conference, Gyor, Hungary, (2008).

Y. L. Luo, M. L. Zhan, J. C. Sheng, Q. Wu, “Hydro-mechanical coupling mechanism on joint of clay core-wall and concrete cut-off wall,” J. Cent. South Univ. 20, 2578-2585 (2013).

S. Wang, J. S. Chen, J. C. Sheng, and Y. L. Luo, “Laboratory investigation of stress state and grain composition affecting internal erosion in soils containing a suspended cut-off wall,” KSCE Journal of Civil Engineering, 20, 1283-1293 (2016).


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.