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。     

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     

一种裂隙－连续介质的耦合渗流计算方法

目前单独的孔隙介质（如土体）一般采用基于达西定律的连续介质渗流理论进行渗流分析,单独的裂隙介质（如岩体）多用基于立方定律的离散裂隙网络模型进行渗流分析。对于既有孔隙介质,又有裂隙介质的渗流区域,并没有形成一个整体的分析方法。针对裂隙岩基上修筑土石坝这种特殊渗流区域,对岩体裂隙区域和土体孔隙区域采取不同的渗流理论,通过交界区节点水头一致性条件,形成耦合整体渗透矩阵,建立了裂隙－连续介质耦合渗流计算方法,编制了裂隙－连续介质耦合渗流分析程序并进行了算例和工程验证,为裂隙与连续介质的耦合渗流计算提供了新的解决方法。     

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。使用离散介质流模型描述岩体主干裂隙中的水运动，使用连续介质流模型型描述网络状裂隙中水运动。连续介质充满足整个研究域，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     

含自由面岩体裂隙网络非线性渗流分析的传导矩阵调整法

岩体裂隙网络渗流自由面不同于连续介质渗流自由面。自由面问题是渗流区域非线性问题,需要通过迭代求解。很多裂隙渗流是非线性渗流,求解属于渗流本构关系非线性问题,同样需要迭代求解。有渗流自由面的非线性渗流问题属于渗流区域和本构双重非线性问题,必须通过双重迭代求解。分析单裂隙非线性渗流规律,在此基础上利用裂隙水量平衡原理建立结点水头数值方程;参考确定连续介质渗流自由面的固定网格法,对岩体裂隙网络全区域的裂隙渗流参数进行分析,利用裂隙网络渗流传导矩阵调整法确定自由面。通过含自由面岩体裂隙网络非线性渗流问题分析得出:岩体裂隙网络渗流的流态与裂隙网络自身性质、边界条件密切相关;如果存在非线性渗流,也并不是所有的裂隙内的渗流都是非线性渗流,而是线性渗流与非线性渗流并存;裂隙流态对裂隙渗流自由面影响很大,由于自然裂隙的水力坡降大多小于1,最后求得的岩体裂隙网络非线性渗流自由面较同条件下的线性自由面高,总体流量则较线性渗流大。渗流双重非线性问题比单重非线性问题要复杂,用传导矩阵调整法分析含自由面岩体裂隙网络非线性渗流双重非线性问题是切实可行的,而对非线性渗流分析是非常有必要的,渗流双重非线性问题分析必须建立在单重非线性问题分析的基础上。     

裂隙岩体渗流新模型

为适应网状和层状渗透结构，根据多边形裂隙网络理论．确立了裂隙网络生成的原理和方法，系统地推导了在渗流和应力耦合作用下裂隙岩体渗流模型。并结合拉西瓦水电站坝区岩体裂隙构造的特征，进行了渗流计算和分析；还与连续介质和裂隙网络渗流模型进行了计算比较。     

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。     

岩体力学试验新技术在三峡工程中的应用

结合三峡工程岩体本构模型、拉剪应力状态下岩体强度性质、裂隙岩体开裂机理、边坡岩体卸荷带范围划分以及长期变形稳定分析等复杂岩体力学问题的研究,总结了岩石应力应变关系全过程测试、岩体"拉剪"试验、岩石断裂韧度测试、岩体声波测试及现场岩体蠕变等试验新技术在三峡工程中的应用。     

岩体单裂隙渗流研究进展

从岩体单裂隙渗流状态、影响因素、研究方法 3个方面简要综述了国内外研究进展,并做了相应的讨论。分析表明:岩体单裂隙中的渗流状态可分为稳定流和非稳定流,各渗流状态有其对应的数值方程表征;影响单裂隙渗流的因素有粗糙度、开度、应力、充填物、温度等因素;单裂隙渗流研究方法可分为理论研究法、试验研究法和数值模拟研究法等。岩石裂隙成因类型、裂隙尺度、多场耦合、数值算法等方面对裂隙渗流的影响需要进一步深入研究。     

裂隙岩体渗流新模型

为适应网状和层状渗透结构，根据多边形裂隙网络理论，确定了裂隙网络生成的原理和方法，系统地推导在渗充和应力耦合作用下裂隙岩体渗流模型。并结合拉西瓦水电站坝区央体理解隙构造的特征，进行了渗流计算和分析，还与连续介质和裂隙渗流模型进行了计算比较。     

三峡船闸高边坡渗流场三维有限元分析

三峡永久船闸全部在山体中开挖形成，主体结构总长１６０７ｍ，开挖边坡最高达１７０ｍ。船闸区域裂隙及陡倾角断层比较发育，渗流问题是影响船闸高边坡稳定的关键因素之一。对船闸区域高边坡裂隙岩体中的渗流场进行了三维有限元计算，分析了船闸区岩体开挖前后的渗流分布规律和在开挖边坡岩体中设置不同排水设施的排水效果。分析结果表明：船闸开挖后，边坡岩体内的地下水位比较高，出逸点高出闸底板２０￣８０ｍ。在边坡岩体中同时     

三峡船闸高边坡开挖卸荷弹塑性损伤分析

本文建立了断续裂隙岩体的三维弹塑性损伤本构模型，并将该模型应用于三峡船闸高边坡，进行了边坡开挖弹塑性损伤三维非线性有限元计算，获得了一些有益的成果和结论。     

三峡工程船闸高边坡岩体长期变形及稳定性有限元分析

提出了三峡工程船闸高边坡岩体的流变模型,计算分析了边坡内渗透水压力对边坡岩体长期变形的影响,并对边坡的长期稳定性作了评价。     

地质力学模型试验在高边坡研究中的应用

应用地质力学模型试验技术研究岩体边坡的稳定问题,尚属需要进一步开拓的领域。三峡双线5级船闸开挖后,两侧均形成高边坡。边坡岩体为花岗岩;岩体中存在有断层和裂隙,并受高达5MPa以上的地应力作用。 国家“七五”科技攻关要求用地质力学模型试验技术研究其边坡的稳定。首先进行一个平面地质力学模型试验。并且结合平面模型进行平面弹塑性有限元分析,最后进行三维地质力学模型试验。试验成果分析认为:三方面的成果具有较好的可比性;三维模型相似模拟较全面;用逐级释放反荷载的方法模拟逐步开挖的地应力释放过程,通过实验验证是可行的。     

三峡工程三斗坪坝址岩石力学研究

本文扼要地介绍了三峡工程三斗坪坝址的地质条件,概括了有关的岩石工程问题,即:岩体(石)的物理力学性质,岩体概化模型的研究,岩体天然应力状态和地下水的研究,风化岩体和多裂隙岩体的利用和加固研究,坝基和岩石高边坡的稳定问题,以及库岸滑坡问题。文中简要介绍了30多年来长江科学院为研究解决这些问题进行的试验研究工作,并提出了今后科研工作的建议。     

裂隙岩体的渗流场与损伤场耦合分析模型及其工程应用

利用流体扩散能量叠加原理，建立了裂隙岩体介质的渗透张量数学表达式。综合运用断裂力学和损伤理论，探讨了复杂应力状态下多裂隙岩体的本构关系以及压剪裂纹的启裂准则，建立了裂隙岩体在压剪，拉剪应力状态下损伤演化方程，给出了裂隙岩体损伤场与渗流场耦合方程。在此基础上，用已编成的有限元计算程序对三峡永久船闸高边坡稳定性进行了分析。     

NUMERICAL MODELING FOR POSITIVE AND INVERSE PROBLEMS OF 3-D SEEPAGE IN DOUBLE FRACTURED MEDIA

Three-dimensional seepage in double fractured media was modeled in this paper. The determination of hydraulic conductivity tensor of rock mass is a vital problem for the sea water intrusion or sea water encroachment and seepage of fissured medium. According to the geological and hydrogeological conditions for the Three Gorges Project (TGP),2nd stage construction of the Three Gorges Project(TGP),the physical and mathematical models for the groundwater movement through the 3D double fractured media of rock mass during construction were established in this paper. Based on discontinuity control inverse theory, some related parameters of double fractured media were inversed with flux being the known quantity and calibration of water table the objective function. Synchronously, the seepage field of the construction region was systematically analyzed and simulated, the results of which exhibit that the double fractured media model of fracture water can comprehensively and correctly describe the geological and hydrogeological conditions in the construction region.     

三峡工程渗流问题研究

文章主要介绍了三峡工程可行性研究阶段有关渗流问题的研究成果。主要包括两大部分:1.裂隙岩体渗流问题。以船闸区岩体为对象进行了系统地研究探索。分析指出,对高边坡岩体采取排水措施是必要且有效的。2.围堰渗流问题。研究了多种防渗材料及断面形式,推荐了水下部分防渗墙、水上部分为土工膜的防渗方案。同时还对围堰基础的渗透稳定性、反滤层进行了研究,分析了二期围堰的三维渗流状态,指出需注意的问题。     

拱坝有缝坝体-坝基系统的非线性抗震分析

本文将坝体和坝肩裂隙岩体作为允许局部开裂和大变形的非线性连续体，用动态接触单元模型进行概化模拟，对小湾高拱坝坝体-坝基系统在高水位运行期遇设计地震荷载作用时的动力反应进行了非线性数值计算，研究了横缝对坝体应力、变形的影响，并对坝肩裂隙岩体的抗震稳定进行了分析评价，数值分析表明：横缝对拱坝坝体的应力和变形影响显著，坝肩潜在滑面的开裂和滑移导致坝体应力增大，坝体的抗震安全性降低，但在运行期高水位遇设计地震荷载时坝体和坝肩裂隙岩体整体稳定。     

万州地区危岩发育的典型成因

三峡库区危岩灾害极其发育，万州地区具有代表性。通过对该地区危岩条件进仃糸统分狮，碍出明绡化足：万州向斜等地质构造，陡峻的河谷阶地、方山台地地貌，近水平产状的软硬相间砂泥岩互层，岩腔及裂隙极其发育等．是当地危岩发育的内在原因；河流切割、卸荷和风化作用是危岩发育的外部原因，地下水对危岩发育也有重要影响：而暴雨和人类工程活动是危岩失稳的主要激发因素。