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。     

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     

单裂隙岩体水流传热有限元分析

在岩体水力学研究中,岩体渗流场与温度场的耦合分析一直是重点问题,而单裂隙水流下的岩体稳定温度场分析对于岩体-水流传热影响很大。文章基于FEPG软件数值仿真模拟裂隙岩体二维稳定温度场的分布,结合具体算例分析裂隙网络非连续介质的渗流场和温度场的相互耦合作用,所得计算成果对温度场影响岩体稳定性的研究具有一定的指导意义。     

水库坝基裂隙岩体注浆加固机理及其应用研究

由于在水库坝基裂隙岩体处治施工过程中缺乏对裂隙注浆加固机理的深入研究,亟须解决裂隙岩体注浆压力缺少定量分析而选取盲目的问题。需要确立扩散半径和注浆压力的关系式,为裂隙注浆加固工程设计、施工提供理论基础和技术措施。本文通过对水库坝基中裂隙岩体注浆加固机理、模型试验以及工程实践进行研究分析,揭示了裂隙带和注浆孔存在相交与不相交两种位置关系,并得出了注浆时裂隙发生劈裂的过程。通过建立物理模型、分析数据,建立了不同水灰比条件下注浆压力与扩散半径的关系,分析了裂隙岩体注浆施工中合理的注浆压力区间。根据工程中水库坝基基岩物理量参数,计算出了扩散半径,以指导注浆加固工程施工。     

岩石河床在冲击水流脉动压力作用下的解体破坏机理

考虑高坝下游岩石河床的裂隙结构特性,分析河床岩体解体破坏以及冲坑形成的物理机理。根据经验公式和理论推导给出动态河床上脉动压强的分布规律,基于河床逐层破坏假定,应用蒙特卡洛方法模拟生成基岩仿真一维裂隙网络,沿各网络裂隙线元建立一维瞬变流模型,对高坝下游冲击射流作用下非恒定脉动压力波在复杂裂隙网络内的传播过程进行数值模拟。应用孤立块体逐层自动追踪方法,分析裂隙岩体的解体破坏机理、孤立岩块的瞬时动力力学特性以及岩石河床的逐层破坏过程,提出岩块稳定性判据以及冲坑极限深度的评估方法。     

钻孔常规压水和高压压水试验成果研究

为了确定岩体在不同压力作用下渗透特性的变化规律,琼中抽水蓄能电站针对高压岔管区岩体做了一系列钻孔常规压水和高压压水试验。通过对试验结果进行对比分析,常规压水和高压压水两种不同条件下钻孔压水试验结果的差异性。研究结果表明,裂隙岩体在高压作用下的渗透系数远远大于常规压力作用下的渗透系数。同时结合钻孔声波录像资料分析,结果表明岩体渗透特性的变化规律与岩体裂隙分布以及裂隙连通性、裂隙开度等密切相关。     

高水头坝基裂隙岩体渗流稳定分析

随着我国大坝建设高度及坝前蓄水高度的增大,水库蓄水后坝基岩体面临很高的外水压力,势必影响坝基岩体中裂隙在高水头压力作用下的稳定性及渗透性,这关系着整个工程的安全性。根据前坪水库工程坝址区基岩特点,依托渗透破坏理论,通过现场钻孔压水试验结果,对坝基裂隙岩体透水率在水平、垂直等维度的分布情况及曲线类型进行了分析,说明坝址区岩体存在长期渗透破坏的风险。收集施工期坝基裂隙岩体采用的入岩钢筋混凝土防渗墙及帷幕灌浆等工程处理成果,采用数值模拟分析各介质的水力坡降、取样进行室内试验、施工后进行压水试验复核等手段,证明了工程处理措施能有效保证高水头作用下坝基裂隙岩体的稳定,确保了运营期坝基岩体在长期渗透条件下安全稳定。     

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     

破碎煤岩体化学注浆堵水技术研究及示范工程

从煤岩体的裂隙分布、渗流水力学特征与化学注浆堵水机理出发,详细分析了渗透水裂隙的形成及分类、破碎煤岩体注浆堵水作用机理;论述了岩体渗透系数与应力、温度的关系,水压与注浆压力的关系,岩体的可注性以及注浆位置选取与钻孔深度的关系。通过对屯留煤矿南翼进风大巷的顶板水封堵工程的实例分析,说明化学注浆堵水可借助深部开裂程度较低的围岩裂隙实施,形成隔水帷幕;涌水量大的厚层富含水破碎顶板由深部向浅部后退式注浆工艺,可显著提高注浆堵水效果,降低材料消耗和工程成本。     

三维离散裂隙网络管单元模型确定岩体渗透张量的尝试

利用离散裂隙网络的管单元模型对裂隙岩体的渗透椭球进行拟合,分析了裂隙岩体渗透张量 的存在性和稳定性。通过在空间中的几何变换,直接求得三维裂隙岩体各方向渗透系数,可以避免由于 在二维切平面内分析渗透系数而带来的误差。采用该数值模型分析工程实例,通过计算所得主渗透系 数和主方向与校核过的实测数据相比,误差在合理范围,表明该方法不仅简便可行,而且对实际工程岩 体渗透张量确定具有良好的理论和实用价值。     

叶尔羌灌区冬小麦生育期SPAC水热传输的模拟研究

本文应用土壤水动力学、微气象学和能量平衡原理，建立了作物生育期土壤-植物-大气连续体(SPAC)的水热迁移和转化模型，并采用全隐式有限差分方法进行离散，通过自动调节计算步长和反复迭代等方法设计了数值模拟程序.运用本模型对新疆叶尔羌河流域地下水均衡场1995年3月～6月冬小麦返青至成熟期的田间水热状况进行了模拟.结果证明，该模型较真实地反映了非冻结期作物生长过程中土壤中的水热状况以及地表和作物蒸散发的动态变化过程，可用于墒情预报以及农田蒸散发的研究。     

水岩相互作用的研究进展

水-岩相互作用是近地表环境演化的主要驱动力之一。地下水从补给区到排泄区,水化学特征往往呈现明显的分带规律,这是地下水动力场驱动下水-岩相互作用和环境共同作用的结果。本文从水-岩相互作用对地下水化学性质的影响、对岩石力学性质的影响、水-岩相互作用过程模拟3个方面阐述了目前水岩相互作用的研究进展,并对研究过程中存在的问题进行了总结与展望,为今后的水-岩相互作用相关研究提供理论指导。     

饱水-风干循环作用下砂岩力学性质劣化规律

水库在建成运营过程中,水库内水位反复升降对库岸边坡安全性产生影响。为探究饱水-风干循环作用下水库边坡岩体力学性质的劣化规律,以某水库边坡水位变幅带砂岩为试验对象,进行岩石三轴压缩试验。引入劣化率概念探究水岩作用对砂岩力学性质的影响,并借助电镜扫描技术分析了砂岩在水岩作用下的劣化机理。研究表明:水岩作用程度相同时,砂岩峰值抗压强度随围压增大而变大;相同围压条件下,随饱水-风干/循环次数增多,砂岩峰值抗压强度、黏聚力、内摩擦角变小,且三者数值与循环次数N之间的变化规律符合指数分布。当水岩作用增强时,峰值抗压强度劣化率最小值为31.35%,黏聚力、内摩擦角劣化率分别为30.61%和15.37%;水库水位升降对砂岩峰值抗压强度、黏聚力影响较内摩擦角大,三者劣化率与循环次数N之间的变化规律同样符合指数分布。在砂岩三轴压缩试验基础上,对水岩作用下岩石劣化机理进行了研究。研究成果对于受水位反复升降影响的水库边坡安全性治理具有一定参考价值。     

水岩作用下蚀变岩力学性质损伤规律

为了研究水位升降对蚀变带边坡岩石力学性质的影响,选取仓上露天金矿坑边坡蚀变岩样,进行了不同饱水-失水循环次数的单轴压缩试验。建立了函数关系描述蚀变岩力学性质在水岩作用下的变化规律,引入损伤率的概念分析了循环次数对蚀变岩力学性质的影响,并利用电镜扫描技术从微观角度分析了水岩作用对蚀变岩的损伤机理。结果表明水岩作用对蚀变岩的力学性质有明显的弱化现象,且水岩作用越强,弱化现象越明显;不同循环次数下,蚀变岩弹性模量随循环次数增加衰减迅速,峰值强度呈持续衰减状态;随蚀变、碎裂发展,水岩作用对岩石的力学性质损伤增加,循环15次后,弹性模量损伤率最大接近60%,峰值强度接近45%。     

从土壤水动力学到生态水文学的发展与展望

在20世纪80年代,土壤水动力学成为我国水文水资源领域的一个新兴研究方向。在此后的30多年中,土壤水动力学得到了巨大发展,并对我国农田水利、水文水资源等领域的科学与技术起到了巨大的推动作用。以土壤水动力学为基础,逐步认识了非饱和土壤中水分与热量、溶质等耦合运移机理与规律,在20世纪90年代发展了土壤-作物-大气之间的水热交换和传输理论(即土壤-植物-大气连续体理论,简称SPAC理论)。以SPAC理论为基础,农田作物模型得到了快速发展,成为本世纪研究气候变化对农业水资源和粮食生产影响的主要工具。与此同时,从农田到区域的水转化机理与规律、不同尺度的农业用水效率、以及水资源开发利用的生态和环境影响等基础科学问题和生产实践问题逐渐被重视,从而形成了新的交叉学科——生态水文学。生态水文学以水分-能量-物质耦合循环的动力学过程为基础,注重区域气候-植被/作物-水文相互作用的基础科学问题,旨在为区域水资源、生态和环境评价与管理提供科学依据。     

土壤-植物-大气系统水热传输的研究

近代对水分循环的研究,倾向于将土壤-植物-大气视为物理上的连续体,称之为SPAC系统。本文应用土壤水动力学、微气象学和能量平衡原理,建立了作物生育期SPAC系统的水热迁移和转化模型,并采用全隐式有限差分法进行离散,通过自动调节计算步长和反复迭代等方法设计了数值模拟程序,对冬小麦返青至成熟期的水热状况进行了模拟,结果表明,模型真实地反映了作物生长过程中土壤的水热状况和蒸散发动态过程,可用于田间墒情预报,并制定适宜的灌溉定额。     

泵站技术供水盘管冷却器布置与换热面积计算

根据泵站工程特点,利用置于天然水体中进行冷却的盘管冷却器组成的密闭循环供水系统,是一种节能、可靠的技术供水方式。依据传热学理论对盘管冷却器传热原理进行分析后,提出不同安装形式的冷却盘管换热面积计算公式。研究发现,当盘管处于静止水体中且以自然对流传热为主而利用水体容量带走热量时,所需盘管的换热面积最大;当盘管处于流动水体中且以强制对流传热为主而利用水体流动带走热量时,所需盘管换热面积较小;采取加大管道内部热流体或管道外部冷却水体流速代射,可以减少换热面积,但需相应增加管道安装要求和运行成本;为节省投资、延长使用寿命,盘管换热材料建议采用不锈钢材质。     

温度示踪界面水文过程研究进展及发展趋势

界面水文过程涉及不同圈层间物质循环与能量交换,是区域资源-生态-环境保护的关键环节。温度示踪工具具有成本低、易操作、无污染等优点,能够有效示踪水文过程,但界面能量交换机理复杂、影响因素多,温度示踪界面水文过程是研究的重难点。综述了降水—土壤水—地下水、地表水—地下水和地下水—海水界面水文过程的水热运移机理、温度示踪方法和应用案例,提出今后研究发展趋势:研究应充分考虑温度示踪界面水文过程的尺度效应;温度示踪方法计算结果具有一定不确定性,需多手段进行验证;引入新型温度监测技术,解决界面能量变化的大范围、长时间精准监测是提高示踪结果准确度的有效手段;构建适用于不同尺度、不同类型的多维水热运移模型是今后研究的重点方向。     

库岸边坡水-岩作用对节理砂岩力学特性影响研究

三峡库区蓄水之后,库水位在145 m和175 m之间呈周期性的升降变化趋势,考虑消落带岩体的实际赋存环境,设计进行了考虑水压力升降变化和浸泡-风干循环的水-岩作用试验,分析了水-岩作用的劣化效应。研究结果表明:(1)节理砂岩抗压强度、变形模量随节理倾角的变化呈先减小再增大的U形变化规律,在周期性水-岩作用下,节理砂岩的抗压强度和变形模量劣化效应明显,其中前5次水-岩作用导致的劣化效应尤为显著;(2)水-岩作用使得节理砂岩的各向异性力学特性逐渐减弱,其中,抗压强度的各向异性度从1.56降低到1.41,变形模量的各向异性度从1.53降低到1.33;(3)水-岩作用不仅使得岩体整体力学性质劣化,也逐渐改变节理岩体的破坏模式,导致不同倾角节理砂岩力学特性劣化趋势存在明显差异,其中,在节理倾角为0°和90°附近时,水-岩作用导致的劣化幅度相对较大,而节理倾角为60。左右时的劣化幅度相对较小。研究结果可为库岸边坡的长期变形稳定分析提供较好的参考。     

循环冷却水水质对冷凝器性能影响的研究

循环冷却水水质差是冷凝器表面结垢的主要原因。本文说明了污垢形成的机理并对污垢热阻与其它热阻进行了计算和分析，得出：污垢热阻与管内、外对流换热热阻属同一数量级，与之相比管壁热阻可忽略不计。这表明冷凝器结垢后传热系数将急剧下降，传热效率大大降低。因此，应加强循环冷却水的水质处理，并及时清垢，以提高冷凝器的传热性能。