裂隙岩体地下水渗流研究

笔者集刘家峡坝址、安康坝址裂隙岩体地下水渗流研究三十年之实践和认识,明确提出“构造水文地质学”的新概念。它是水文地质学和构造学结合点部位的一门学科,拟作为裂隙岩体地下水渗流研究的方向。对裂隙岩体地下水渗流计算或电网络法模拟试验给出了水文地质模型——构造水文地质图。     

裂隙岩体热流模型研究

基于裂隙岩体地区渗流场和温度场的相互作用机理和流体力学及传热学基本原理，研究了裂隙岩体地区一、二维温度场的分布，进而对裂隙水流量、流体性质、水岩温差等影响温度场分布特征的物理量进行了分析，建立了单裂隙岩体地区温度场模型。根据现场温度场数据，就可以计算裂隙岩体渗漏流量、流速等水文地质参数。     

河口村水库坝肩裂隙岩体防渗处理分析

河口村水库两岸坝肩岩体裂隙发育,绕坝渗漏较为严重。进行帷幕灌浆防渗处理后,蓄水期绕渗监测资料分析表明,两岸地下水位变化基本正常,部分测压管帷幕前后水位差异不明显。进一步构建三维有限元水文地质模型,并采用考虑局部缺损的帷幕灌浆等效渗透系数进行渗流数值模拟分析,结果表明:坝肩裂隙岩体灌浆处理后,渗漏量降低了86.5%,防渗处理效果显著;各部位水力梯度不大,在坝肩裂隙岩体内形成渗透稳定问题的可能性不大。左岸山体仍是最主要的渗漏通道,占总渗漏量的52.69%,应控制水位抬升速率,加强渗流监测并进行必要的补强灌浆处理。     

裂隙岩体的流固耦合研究现状与应用展望

裂隙岩体渗流研究主要是考虑流体在岩石裂隙中运动规律,尤其是流体渗流和岩体应力之间的相互耦合作用机理。随着工程应用发展的需要,裂隙岩体的流固耦合研究已成为国内外研究的热点问题。通过对国内外相关文献的分析和整理,从裂隙岩体流固耦合的试验研究、理论模型和数值模拟方法等三个方面的进行了论述,并对其工程应用前景进行了展望。     

溪洛渡300m级高拱坝坝基的渗流稳定工程措施

扼要介绍了溪洛渡300m级高拱坝的水文地质条件,并结合钻孔注水试验、单洞渗水试验、地下水示踪-连通试验和钻孔压水试验,详述了坝基岩体透水性、坝区岩体渗流特性、两岸地下水位及其动态变化规律、玄武岩的构造特点及其对渗透性的影响、坝区裂隙岩体透水性与风化卸荷的关系、坝区玄武岩的透水性、坝区茅口组灰岩的水文地质特点及渗透特性。根据坝址区水文地质及其渗流特性,制定了溪洛渡高拱坝的渗流稳定的工程措施。简要介绍了采用"复杂三维渗流控制分析计算程序"分析的成果。最后与二滩工程渗流稳定工程措施进行了比较。     

裂隙岩体渗透张量的特征值扰动分析

裂隙岩体渗透张量是基岩地区地下水研究中非常重要的水文地质参数。基于裂隙岩体渗透张量的基本表达式和矩阵特征值扰动理论,以青岛黄岛地下洞库现场试验成果为例,在查明了岩体中裂隙的空间产状、位置基础上,建立了裂隙渗透性与岩体整体渗透张量之间的定量关系,分析了单条裂隙和单组裂隙渗透张量特征值的扰动问题,提出了优势裂隙渗透性对岩体整体渗透张量贡献的评价方法。研究结果表明,并非岩体中发育的裂隙对渗流都具有均等的作用,而只有优势裂隙组中的优势裂隙在裂隙渗流问题中占主导地位。这些成果对于基岩地区地下水资源开发和评价、地下水污染预测和控制、地下工程渗流计算和控制都具有重要的意义。     

三峡工程裂隙岩石渗流的数学模型（随机分析方法）

三峡工程高陡岩坡内的渗流状态直接影响工程的安全。裂隙的存在，特别是裂隙的几何特征的随机性，使得准确预报岩体内的渗流状态相当困难。通常，研究岩体渗流是把裂隙岩体当作是连续介质，以便用连续介质力学的方法来分析岩体内的渗流。但是，在水利工程中，用这样的办法来预报渗流状态，与实际出入很大。该文论述古典的渗流理论论不适于用来分析三峡工程等的裂隙岩石渗流问题。概述现代裂隙岩石渗流理论在两个方向的发展。为了能真     

裂隙岩体渗流耦合数值分析方法及其工程应用

针对岩体中主干裂隙和网络状裂隙提出了耦合渗流数值模型模拟分析岩体地下水三维渗流的方法。使用离散介质渗流模型描述岩体主干裂隙中的水运动，使用连续介质渗流模型描述网络状裂隙中水运动。连续介质充满整个研究域，离散介质按主干裂隙的实际空间分布嵌入连续介质中，并依据裂隙壁水力条件耦合两者。该方法逐个计算主干裂隙的渗流，充分体现主干裂隙的特殊水力作用；同时又避免了逐个计算网络状裂隙中的渗流所带来的困难，可以在较大尺度上分析渗流，便于工程应用。理论例子显示它能比较客观地反映裂隙岩体的渗流特性。该方法被应用到乌江构皮滩水利枢纽岩体渗流的分析中。     

回龙电站下水库防渗方案选择及效果分析

基于回龙抽水蓄能电站下水库库区水文地质条件及渗漏情况评价,进行三维有限元渗流计算,通过方案比选提出了帷幕防渗方案。灌浆帷幕取样和压水试验质量检查结果表明:岩体的完整性有很大提高,岩体透水率显著减小。根据工程实践,灌浆的临界压力并不完全取决于岩体埋深,主要取决于岩石强度和岩体完整性,在可控条件下岩体劈裂对灌浆效果有利。     

裂隙岩体渗流模型及渗流参数的现场试验研究

裂隙岩体渗流常受控于主干渗流通道，表现出明显的分类、分带和分级性。以裂隙渗流主通道为骨架，以各向异性连续体渗流为基础的双重介质渗流模型较适合裂隙岩体诊流。针对拉西瓦工程花岗岩体渗流特点，综合样本单元体积理论研究，提出了以吸水率为裂隙网络渗透能力的特征量，分类划分两种模型，分带、分级地生成渗流网络的方法。并以导水系数和渗透张量为工具，利用改进了的气压或水压止水胶囊三段压水器，摸索了在同一钻孔中分别对主干渗流通道及合裂隙岩体测试渗流参数的双重介质同孔渗流参数测试法。     

裂隙岩体二维渗流水力学理论模型研究

本研究主要内容包括 :裂隙岩体随机网络模拟、分形几何描述裂隙岩体参数几何特征、二维裂隙岩体等效渗透系数估算、二维裂隙岩体渗流应力耦合 非耦合模型、三维等效连续介质渗流模型、二维裂隙岩体连续介质与离散介质耦合模型、渗流模型与离散元应力模型耦合分析工程问题等。(1)利用三维裂隙网络随机模拟模型 ,针对乌江构皮滩水利枢纽工程平硐裂隙数据 ,研究其裂隙几何参数的分布情况 ,对其中一个优势裂隙组进行了模拟和检验。在模型中 ,基于蒙特卡罗方法 ,对裂隙隙宽的模拟进行了尝试。并应用分形几何的理论对其网络分维和裂隙数分维进行了研究 ,提出应用分形几何来模拟裂隙岩体中裂隙几何参数的方法。(2 )基于裂隙网络的转形 ,提出了裂隙岩块等效渗透系数的简便算法。与数值计算方法比较 ,其计算更简便迅速。 (3)推导了裂隙渗流和应力耦合的理论关系 ,建立二维裂隙岩体渗流应力耦合 非耦合非稳定流模型和三维等效连续介质渗流模型。耦合模型中应用经典耦合关系进行了计算验证 ,模型可以计算多种耦合关系。 (4)建立二维裂隙岩体连续介质和离散介质耦合非稳定流模型 ,并对其数值算法进行了研究。耦合模型使用离散介质渗透理论描述岩体主干裂隙中的水运动 ,使用连续介质渗流理论来描述岩体次要裂隙及孔     

三维裂隙网络非稳定渗流数值分析

研究裂隙岩体中渗透水流随时间、边界条件的变化规律，从而客观反映渗透水流情况，具有重要的意义。本文针对分布特别稀疏的三维主干岩体裂隙网络，以渗流区内的水量平衡原理为依据建立基本方程，推导三维岩体裂隙网络非稳定渗流的基本方程；并将三维裂隙网络渗流理论及有限元数值方法运用于主干岩体裂隙网络渗流分析中。基于裂隙岩体网络非稳定渗流数学模型，编制相应的程序。对于工程实例，根据实测情况利用Monte-Carlo模拟出岩体中二级裂隙网络分布情况进行分析，然后进行了三维非稳定渗流分析。计算结果充分体现了岩体中裂隙网络的储水性，当边界条件发生变化时，裂隙岩体中水头分布变化存在一定的滞后性；并表明主干裂隙的强导水性，使得裂隙岩体中的主干裂隙的渗流分析成为渗流分析中的重点。     

坝基岩体裂隙渗流效应数值模拟方法

为获取工程尺度的裂隙岩体三维渗流效应,在裂隙岩体基质岩块和裂隙水力传导特性研究基础上,推导了含裂隙单元渗透系数表达式。基于嵌入裂隙单元（EFE）模型,使用离散裂隙网络（DFNs）技术与连续介质渗流分析方法,提出了利用连续介质渗流分析方法模拟非连续介质渗流效应的数值模拟技术,通过算例对该方法的有效性进行了验证,分析了单元尺度大小对该方法计算准确性的影响,并提出了提高计算精度的措施。工程实例研究表明裂隙岩体渗流分析的EFE模型能够真实地模拟坝基岩体渗流路径和孔隙压力分布,更好地揭示坝基的扬压力实际非规则分布形态。     

基于分形理论的坝基裂隙岩体注灰量与导水率关系研究

由于天然岩体裂隙分布的隐蔽性和不确定性,很难准确评价天然裂隙岩体的渗透性和可灌性。离散裂隙网络作为描述天然裂隙网络的有力工具,能在一定程度上反应裂隙岩体的某些特征,但都是基于统计意义上的概率分布,无法反应裂隙网络参数的内部联系以及微观特征。Mandelbrot提出的分形几何是描述不规则物体的重要工具,研究发现裂隙网络中的裂隙迹长分布服从分形特征,很多学者利用这一理论对裂隙网络的渗透性进行了研究,推导了裂隙网络渗透系数的表达式。然而缺乏裂隙网络的可灌性和灌浆量的研究。本文首先利用裂隙网络的分形特征和裂隙迹长与隙宽的关系,建立了裂隙岩体导水率的分形模型,推导了裂隙岩体导水率与分形维数的关系表达式,并与已有研究结果进行了对比,证实了该关系式的可靠性。其次,分析了裂隙岩体灌浆注灰量与分形维数的关系,进而推导了注灰量与导水率的关系式,根据注灰量与导水率的关系曲线对灌浆区域的划分,定义了3个不同的灌浆区域:正常区域、微小裂隙区域和扩展区域,分别对应于正常灌浆、微小裂隙较多和裂隙扩展变形这3种不同的灌浆状态。最后,通过与工程实测数据的对比,证实了本文注灰量与导水率关系式的可靠性和适用性,也说明了3个灌浆区域的划分是合理并且重要的。因此,该关系式和灌浆区域的划分可以用来预测和评价实际工程灌浆施工的合理性和可灌性。     

三峡工程坝基的防渗灌浆处理

根据三峡工程坝基为裂隙岩体的特点，坝基渗控采用帷幕灌浆与基岩排水相结合的基本方案，其中帷幕灌浆采用“小口径钻孔、孔口封闭、高压灌浆”工艺，并采用湿磨细水泥灌注。施工中，针对坝基出露的主要构造断层带、河床弱风化透水深槽、坝肩全强风化岩体、河床坝段及左岸电站厂房帷幕灌浆钻孔涌水等主要工程地质问题。采用了高压灌浆、加密灌注、待凝、化灌等多种工程处理措施。大坝上下游基坑进水后的渗流和渗压监测资料表明：坝基渗流、渗压值均较小，帷幕灌浆效果良好。     

单裂隙层状岩体渗流模型研究

介绍了岩体渗流研究所涉及的渗流介质、岩体结构、分析方法，以及渗透系数；界定了层状岩体渗流模型的材料特性和定解条件，推导了单裂隙层状岩体渗流模型，讨论了应用该模型的方法，以期能为裂隙岩体渗流研究提供些许理论参考。     

某水电站坝基地下水渗流场研究

分析某水电站坝址区储水介质、岩体透水性、地下水位、地下水动态等水文地质条件的基础上,运用3D-Seepage(岩体地下水渗流三维有限元法计算)分析岩体地下水运动规律及岩体和相关结构面的水文地质参数,通过建立坝址区水文地质数学模型对水文地质参数进行验算,反映水电站坝址区裂隙岩体的渗透特性。     

坝基裂隙岩体三维灌浆数值模拟

坝基灌浆工程地质条件复杂且具有隐蔽性,如何建立能准确反映岩体内裂隙分布情况的三维随机裂隙网络模型,并进行浆液扩散特征的研究是灌浆数值模拟的关键和难点。现有研究大多通过岩体揭露面统计资料估计裂隙的几何参数,无法有效反映复杂裂隙真实特征,且灌浆模拟研究中多将裂隙简化为单一裂隙或规则裂隙网络。本文采用Monte Carlo法建立三维随机裂隙网络模型;提出三维裂隙宾汉姆流体灌浆数学模型,实现对随机裂隙内宾汉姆浆液扩散特征的研究;运用该模型对某水电站坝基裂隙岩体灌浆过程进行模拟,结果表明：浆液主要在与灌浆孔相交的裂隙内流动,灌浆压力在灌浆孔附近衰减速率最快且对浆液扩散的影响较为显著。同传统裂隙灌浆模拟相比,该方法能有效反映复杂裂隙的真实特征,获取更贴近实际工程的灌浆结果,为保障灌浆工程的安全建设和经济合理性提供了理论依据。     

葛洲坝基础灌浆和排水设计关键问题及评价

葛洲坝工程大坝及电站厂房等主要水工建筑物基础为下白垩系红层岩体，基岩强度低， 层理发育，水理性差，工程地质条件复杂。对基岩固结灌浆加固必要性和可行性、防渗灌浆可灌性和开灌标准，软弱夹层渗透稳定和保护等几个关键性技术问题进行了探讨，结论坝基渗流观测资料，对该红层基础加固和渗流控制措施，软弱夹层的渗透稳定及其保护效果进行了分析评价。     

岩体渗流应力耦合作用研究综述

系统阐述了岩体渗流应力耦合作用的研究现状与进展,探讨了渗流应力耦合模型的建立方法及解耦途径,论述了单裂隙面耦合特性的研究方法,对裂隙网络耦合理论中几个具有代表意义的渗流模型作了较详细的描述和比较。