岩体裂隙传导数研究

本文采用流体力学方法研究了粗糙裂隙和充填裂隙的水流特性，证明了单一裂隙的有效工小于平均隙宽，且依赖于平均隙宽的均方差。研究了充填裂隙接触面积对流态的影响，论证了一些经验公式的局限性和有效性，对各种单宽流量公式的偏差进行了分析。     

裂隙隙宽随剪切位移发展的演化规律研究

对单裂隙水流传输特性的研究是裂隙网络相关研究的基础,其水力传导系数取决于裂隙面粗糙度、接触率及隙宽开度分布情况。模拟了裂隙隙宽随剪切位移变化的空间分布规律,通过计算机程序生成不同粗糙度的裂隙面,并探讨了裂隙开度、接触率与剪切位移、裂隙面分形维数的关系,得出结论:法向应力不变情况下,裂隙的隙宽均值和接触率随着剪切位移的增大而增大;相同剪切位移下,分形维D值越大,隙宽均值与接触率也越大;且接触部分均由剪切初期的分散状态逐渐发展到片状分布状态。更多还原     

土体表面干缩裂隙的形态参数定量分析方法

为了解土体干缩裂隙演化规律,基于MATLAB软件开发了裂隙图像分析系统,通过对裂隙图像进行二值化、桥接去杂、骨架提取等操作,进而提取出裂隙率、裂隙长度、平均宽度、隙宽分布率、分维等裂隙形态参数,实现了平面裂隙图像的无损、连续、动态识别和形态参数定量分析。该裂隙网络图像分析程序为土体干缩裂隙的动态演化分析提供了依据,可用于边坡稳定性分析、环境污染控制等众多领域。     

岩体粗糙裂隙网络渗流分析的子单元法

岩体粗糙裂隙的细部特征对区域整体渗流分析影响很大,以往渗流分析往往没有考虑粗糙裂隙细部特征以及其对整体渗流分析的影响。提出子单元法来分析岩体粗糙裂隙网络渗流,则可以较好的分析上述影响。子单元法将每一裂隙当成一个单元,裂隙内部则分成若干子单元,裂隙单元的总体水力特征受所有的子单元联合作用控制,而细部水力特征由单一子单元体现。根据单裂隙开度分布统计规律模拟裂隙开度分布,将单裂隙等长分段(子单元),根据模拟开度参数求得裂隙中任一子单元的平均隙宽,进一步推导裂隙的单宽流量公式和子单元结点的水头公式。利用岩体裂隙网络渗流理论,结合粗糙单裂隙等宽流量公式,求得各裂隙结点水头,进一步求得裂隙的单宽流量,进而求得裂隙子单元水头和流速。通过分析可得粗糙裂隙网络渗流与平滑裂隙网络存在明显不同:(1)裂隙网络中任一裂隙单宽流量计算公式不同,粗糙裂隙的等效水力隙宽小于平均隙宽;(2)裂隙内水头分布形式不同,光滑裂隙呈直线状分布,而粗糙裂隙呈阶梯状分布;(3)组成裂隙网络渗流传导矩阵的计算公式不同,粗糙裂隙网络考虑了裂隙细部水力特征对渗流的影响;(4)粗糙裂隙子单元法考虑了裂隙开度分布不均匀对裂隙过流能力的影响,更加合理。本研究可为实际工程提供参考。     

粗糙裂隙渗流的超立方和次立方定律及其试验研究

在充分总结和认真分析了裂隙渗流现有研究成果以 后发现，采用平均隙宽代替水力隙宽后，裂隙单宽渗流量与平均隙宽之间存在两种截然相反 的幂指数关系，一种是指数大于3的超立方关系，而另一种是指数小于3的次立方关系。基于 理想裂隙渗流遵循的立方定律，提出可以采用超立方定律和次方立定律来反映粗糙裂隙的渗 流规律。并通过多种人工裂隙的试验研究，证明了该两种定律在粗糙裂隙渗流中可能同时存 在，并初步提出了临界判别的定性标准。结果表明：吻合粗糙裂隙符合次立方定律，而非吻 合粗糙裂隙遵循超立方定律。     

大理岩裂隙渗流特性及充填砂土影响

利用自行研制的岩石裂隙渗流系统,对9个不同裂隙面形貌的大理岩试样分别进行充填和未充填裂隙渗流试验,研究了不同法向应力条件下,加卸载过程、水头差大小、裂隙面形态、充填砂土粒径及厚度等因素对裂隙渗流的影响。试验结果表明:裂隙未充填时,在法向加载阶段,渗流量随水头差的增大呈线性递增,渗流量随法向应力的增大呈负指数减小,并得到了包含裂隙面三维形貌参数坡度均方根S_q的渗流量和法向应力关系式;单位水头流量与力学隙宽呈指数关系,指数平均值为3.01,基本符合立方关系。因此,通过增加修正参数得到了修正的立方定律,其中修正参数与裂隙面的三维形貌参数S_q呈指数关系。在法向卸载阶段,渗流量随法向应力的降低基本不变,相较于加载阶段,卸载阶段法向应力对渗流量的影响明显降低;相较于未充填裂隙,充填裂隙闭合量、裂隙面形态、法向应力在加载和卸载阶段对渗流量的影响均较小,充填砂土的粒径或厚度越大,相同法向应力下裂隙渗流量越大。     

基于离散单元法的裂隙岩体渗流与应力耦合作用机制研究

采用UDEC离散单元法中关于裂隙岩体开挖模拟及水力全耦合分析模型,分析裂隙岩体洞室开挖后,围岩应力与水力耦合作用导致的裂隙隙宽变化及渗流变化的过程。结果表明：洞室开挖完成后,在围岩渗流与应力耦合作用下,围岩中裂隙隙宽、裂隙中水压及其渗透流量的变化是一个动态过程,且相互作用与相互依赖;裂隙的闭合使得结构面水力梯度变大,作用在裂缝上的渗透压力增大,促进导水裂缝扩展,裂隙连通性增加;裂缝张开度增大,渗透能力增强,渗流量增大,其渗流压力相应降低;由于围岩中裂隙隙宽、压力和渗流量的动态依赖性,在一定条件下,裂隙隙宽的改变可导致局部水力通道的形成,高压水头从局部涌出,从而促进突水灾害的形成。研究成果初步表明了所采用方法的有效性,并为研究裂隙岩体中开挖洞室引起的突水问题提供了潜在的研究方向。     

充填虺隙水流特性研究

单一裂隙以充填裂隙居多。根据Ｎ－Ｓ方程导出了充填裂隙水流的计算式，并适用于非充填裂隙。通过大量试验，给出了表明充填裂隙水流特性的充填介质系数Ｃｍ。并与非充填裂隙水流特性进行了比较。     

充填裂隙水流特性研究

单一裂隙以充填裂隙居多。根据Ｎ─Ｓ方程导出了充填裂隙水流的计算式，并适用于非充填裂隙。通过大量试验，给出了表明充填裂隙水流特性的充填介质系数Ｃｍ。并与非充填裂隙水流特性进行了比较。     

孔中同位素示踪方法研究裂隙岩体渗流

本文推导了孔中测定岩体裂隙渗透流速、等效力学隙宽的稀释定理及双井混合井流理论，通过对裂隙的渗透流速、流向、吸水量或涌水量等参数的测定，结合裂隙渗流立方定理与稳定流理论，提出了一种确定岩体裂隙渗透系数的示踪方法。     

THE CHARACTERISTICS AND ESTIMATION OF FLOW THROUGH A SINGLE ROUGH-WALLED FRACTURE

The flow through a single fracture is numerically studied by means of the Fluent Software. The results show that the roughness of the fracture significantly affects the hydraulic conductivity in the fracture as compared with the cubic law model widely used to describe the flow between two smooth parallel plates. A new model is proposed in this paper, the non-symmetric sinusoidal fracture model, to simulate the flow in a real fracture. This model involves two sinusoidal-varying walls with different phases to replace the flat planes in the cubic law model. The relationships between the effective hydraulic apertures and the phase retardation for different relative amplitudes and wavelengths are numerically investigated. A simple expression of the effective hydraulic aperture of the fracture is obtained, together with the law of the effective hydraulic aperture against the amplitude, the phase retardation and the wavelength of two sinusoidal-varying walls.     

岩体单裂隙渗透性尺寸效应的数值模拟研究

针对渗透性尺寸效应涉及的影响因素众多、导致其演变规律及主控因素还不甚明了的问题,基于Comsol数值模拟软件,开展岩体单裂隙渗透性尺寸效应的数值模拟研究。建立开度服从正态分布的大尺寸岩体单裂隙模型(试样尺寸为5 m×5 m),在同一大尺寸试样上选取系列尺寸岩体单裂隙试样,并开展相应尺寸岩体单裂隙的渗透数值试验,观察岩体单裂隙渗透性随尺寸变化的演变规律。通过改变粗糙度、水力梯度和裂隙开度等参数,研究不同因素对岩体单裂隙渗透性尺寸效应的影响,确定其中的主控因素。数值模拟结果表明:岩体单裂隙的渗透性随试样尺寸的增大而增大,随后趋于一稳定值,其对应的试样尺寸即为临界尺寸;临界尺寸随粗糙度的增加、水力梯度的降低、裂隙开度的减小而增大;相较于粗糙度和水力梯度,裂隙开度对岩体单裂隙渗透性尺寸效应的影响更显著。     

下凹形态裂隙面粗糙程度表征及立方定律修正系数拟合

裂隙面粗糙程度直接影响着裂隙的渗流特性,利用高倍数码相机采集孔隙介质模块粗糙裂隙面信息,结合数字成像和MATALB技术拟定典型粗糙度的裂隙面,提出描述试样裂隙面粗糙程度的下凹度,研究下凹度对裂隙过流能力的影响,确定下凹形态粗糙裂隙的立方定律修正系数公式。结果表明:预制混凝土块裂隙面的下凹面积百分比随下凹程度的增大逐渐减小,立方定律修正系数与相对下凹度呈二次多项式关系;采用等效水力隙宽比直接采用1.0 mm光滑裂隙的数值模拟成果更贴近双重介质渗流水力特性试验结果,平均绝对误差MAE、均方根误差RMSE和平方根R~2分别为1.35%、1.06×10~(-4)和0.995。下凹形态粗糙裂隙立方定律修正系数成果与试验结果吻合,该修正系数模型公式是合理的。提出的粗糙度表征方法和修正立方定律能够有效描述下凹形态粗糙裂隙渗流特性。     

岩体裂隙内稳定水泥浆液扩散范围的理论分析

根据粗糙裂隙的等效水力开度与力学开度的关系,导出了计算粗糙裂隙内流体扩散范围的修正系数;然后建立了宾汉浆体在光滑裂隙内的辐射流运动方程,求解得到预测稳定水泥浆液最大扩散距离的解析公式;该公式经给定的修正系数修正后可应用于粗糙岩体裂隙。研究结果表明,现有求解岩体裂隙内浆液扩散半径的理论公式中,裂隙的开度值应取粗糙裂隙的等效水力开度,且预测公式应该用一个小于1的系数修正。     

喷射UHTCC与混凝土界面的Ⅱ型断裂试验研究

使用喷射超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Toughness Cementitious Composites,UHTCC)加固和修补水工混凝土结构具有广阔的应用前景。为评估加固效果,采用喷射UHTCC和既有混凝土制备成的两端无切口剪切型断裂复合试件,开展单边加载剪切型断裂试验,测试两种材料的界面剪切型断裂韧度。对既有混凝土表面分别采用高压水枪冲洗、人工凿毛和涂抹界面剂三种不同的处理方法,并对比研究喷射UHTCC和浇筑UHTCC两种施工工艺,探究不同因素对复合试件界面剪切型断裂韧度的影响。试验结果表明:喷射UHTCC与既有混凝土之间黏结性能良好;界面粗糙度对界面剪切型断裂韧度无显著影响;涂抹界面剂会使界面剪切型断裂韧度显著下降;喷射UHTCC制备的复合试件其界面剪切型断裂韧度高于浇筑UHTCC制备的复合试件。喷射UHTCC技术可对水工混凝土结构进行有效的加固和修复。     

土坝水力劈裂的离心模型试验及其分析

本文介绍了深截水槽心墙砂壳坝的离心模型试验及其有限元数值模拟的结果，截水槽两侧的混凝土基座内设有水管。以模拟Ｔｅｔｏｎ坝基岩内裂隙的作用，数值分析用有效应力法，同时采用双屈服面弹塑性模型和损伤断裂模型，分析所得的应力和变形与实测值有一定出入，但两者的基本趋势一致，试验与分析结果均表明，虽然截水槽内拱效应很明显，但无水力劈裂迹象，由此得出结论，深截水槽心墙坝并不见得一定有水力劈裂的危险，流行的总应力     

LABORATORY EXPERIMENTS ON SOLUTE TRANSPORT IN A PARTIAL TRANSFIXION SINGLE FRACTURE

In the study of solute transport in rough single fracture,the contact area is an important factor.The single fracture is defined as two categories in this article:the full transfixion single fracture and the partial transfixion single fracture.The purpose of this article is to research how the contact area affects the solute transport in partial transfixion single fracture.The contact area is generalized as square blocks with three sizes,and contact rate is variable,a series of experiments for solute transp...     

裂隙张开度测量的改进中轴算法及应用研究

裂隙张开度是决定裂隙岩体渗透特性的关键因素,其分布特点的精确获取对科学评价裂隙岩体的渗透特性具有重要意义。由于裂隙形态复杂多样,传统测量方法在获取裂隙张开度时存在一定局限性。为了更加准确高效地测量裂隙张开度,在总结前人测量方法的基础上,改进了多边形中轴算法,并从张开度的定义出发,将其运用于裂隙张开度的测量。采用该改进方法对某高放废物处置库候选场址典型断裂带碎裂岩中3种不同类型裂隙的张开度分布进行测量,同时对比最小外接矩形法及中心线法的测量结果。对比发现,改进的张开度中轴算法较传统算法原理简单,易于编程实现,测量结果精度更高,且对不同形态裂隙的张开度测量适用性好,从而验证了该方法的有效性和实用性。研究方法为裂隙张开度的准确测量提供了一种新的切实可行的途径。     

基于坝壳湿化过程数值模拟的心墙坝初蓄水力劈裂机理研究

初次蓄水过程中的水力劈裂破坏是土质心墙土石坝面临的最主要安全问题之一。为探索这一难题,回顾了疑似水力劈裂事故及暨有研究尚不能回答的问题,探讨了水力劈裂所需的必备应力条件和可能原因。分析了既有浸水湿化变形试验并建议了采用时间对数演进模式、单位时间湿化体变和湿化剪应变分别取决于围压和剪应力水平的湿化变形时间过程计算模型,并应用于模型坝数值模拟,再现了初蓄过程水力劈裂破坏所需应力条件,得到了顺岸坡方向上后期变形增量空间分布导致心墙拉伸和水力劈裂破坏的机理。最后提出了确保坝壳压实度、控制后期浸水后变形,保证心墙与坝壳后期变形量值和速率协调为核心的水力劈裂防控方法建议。