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。     

岩体裂隙水流的运动规律

对岩体裂隙水流运动规律进行了探讨。分别导出了Forchheimer渗流方程中系数a，b的表达式，它既适用于充填裂隙水流，又适用于非充填裂隙水流。大量试验表明，该式还适用于描述线性和非线性渗透运动。     

充填裂隙水力特性研究述评

从理论研究、试验模拟和数值模拟3个方面总结和讨论了充填裂隙的水力特性.研究表明:充填裂隙水力特性与充填介质物理性质密切相关;变异性充填介质对裂隙水力特性的影响尚未引起足够的重视;可以采用数值模拟方法对充填裂隙水力特性开展进一步的研究和探讨.     

岩体裂隙水流的运动规律

对岩体裂隙水流运动规律进行了探讨。分别导出了Ｆｏｒｃｈｈｅｉｍｅｒ渗流方程中系数ａ，ｂ的表达式，它既适用于充填裂隙水流，又适用于非充填裂隙水流。大量试验表明，该式还适用于描述线性的非线性渗流运动。     

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。     

岩体裂隙传导系数研究

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隙宽小于平均隙宽，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。     

单裂隙水流稳定温度场理论分析

对描述单裂隙内渗流对温度分布影响机理的数学模型进行了初步探讨和分析，认为：①在假定裂隙水流为常物性、稳定二维层流、不可压牛顿型流体的前提下，得出的单裂隙水流稳定温度场表达式表明水流速度场分布与温度场没有关系，由数学模型得出的温度场可叠加到渗流场上，但不影响该渗流场，而且结果具有普遍性；②温度场中的温度是渗流场中渗流流速的函数，渗流速度变化越大，温度场的分布变化也越大；③对单裂隙水流稳定温度影响的研究，有利于裂隙水流温度场和非连续性裂隙岩体渗流与温度相互作用关系的研究；④在稳定温度场下，推导出的单裂隙水流温度不再变化时裂隙的变化长度与裂隙宽度的关系式具有一定的理论价值。     

单裂隙水流作用下岩体稳定温度场理论模型与有限元数值模拟

建立了单裂隙岩体的几何模型,在不考虑热对流、热辐射的前提下用岩体导热微分方程描述了裂隙岩体稳定温度场分布及定解条件,并进行了理论方面的分析;给出了岩体导热偏微分方程的有限元描述,应用FEPG软件对裂隙岩体二维稳定温度场分布进行了数值模拟。模拟结果表明:由于和裂隙水流发生了热量交换作用,裂隙岩体温度场也随之发生变化;裂隙岩体和裂隙水流温度相差越大,温度等值线越密集,岩体温度场变化越大,热量传递越快。     

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。     

裂隙参数对岩体水流-传热温度影响的数值模拟分析

在岩体多场耦合中,裂隙岩体的温度场一直是国内外学者研究的热点问题。基于裂隙岩体概念模型,应用3DEC程序计算不同裂隙参数下岩体的温度场、裂隙出水口水温的变化特征。结果表明:裂隙相同进水温度对岩体温度场影响微弱,进水温度高的裂隙主导岩体温度场,裂隙进水温度对模型达到稳态所需要的时间影响较小;裂隙水流速度越大和开度越大,则岩体相同高度处温度越高;端裂隙水流速度的减小和开度的减小延长了模型达到稳态所需要的时间;由于两条端裂隙的边际效应,使其参数对岩体温度场起主导作用;裂隙水温、流速、开度对岩体温度场影响的大小排序为水温流速开度。     

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。     

心墙堆石坝的水力劈裂分析

水力劈裂的常用计算方法分有效应力法和总应力法，但其计算结果却常有很大差异。本文详细分析了它们产生差异的原因，认为应该用心墙外水压力是否超过心墙上游面处土中的中主应力来判别水力劈裂的发生可能。提出应用有效应力法计算心墙堆石坝初期有效应力和水压力，通过叠加得到总应力，再与心墙前水压力比较来判别是否发生水力劈裂。该方法可以反映心墙渗透性、饱和度、库水位上升速度等对水力劈裂的影响。这样，通过控制这些因素就可避免水力劈裂的发生。最后通过实例计算表明了该方法的合理性。     

高陡边坡深部卸荷张拉裂缝的成因机制探讨

在高地应力地区,一些特定的高陡边坡,其内部发育有大量的深部张拉裂缝,水平深度可达200 ~300 m,甚至更深,超出了工程经验中对卸荷改造规律的认识,合理解释这一特殊的工程地质现象成为工程地质学的新课题。通过对前人研究成果的分析和总结,从边坡岩体的赋存环境、岩体结构和地质构造等方面,对深部张拉裂缝的成因机制进行了进一步的探讨。从现阶段的研究结果看,这种深部卸荷张拉裂缝对边坡稳定性只是产生局部的影响,但这些深部裂缝在内动力作用或充水的条件下,裂缝可能会进一步扩大发展,对边坡的稳定性起到控制作用。     

高坝坝基挤压蚀变破碎带处理措施三维数值分析

挤压蚀变破碎带是水电站坝基的主要工程地质问题。基于重力坝坝体与坝基岩体联合作用的数值模拟，分析了某水电站挤压蚀变破碎带G23对坝体应力和变形的影响。在对多种加固处理措施比较的基础上，提出了建议方案，说明了处理方案对拉应力的控制效果。进而，就建议方案所对应的数值模型，对G23带进行了浮值分析，用强度储备系数法计算了受G23带影响的坝基安全稳定性，检验了加固措施的合理性。研究结果，建议采取的坝体上游不贴角措施、G23带倾斜开挖置换5m、下游坝趾填角3～5m方案可以有效控制由于G23带不均匀沉降引起坝趾区的拉应力，使拉应力范围大大缩小的同时使得拉应力值降低至处理前的1/3以下。强度储备系数法得出正常荷载组合下各坝段安全储备系数均不低于2.5，重力坝的安全稳定性有充足的裕度。建议处理方案同时满足拉应力控制及稳定性要求。     

混凝土断裂能的边界效应

本文从试件边界条件对断裂性能的影响出发,通过局部断裂能在韧带分布的连续光滑曲线假定,给出了真实的混凝土断裂能表达式,称为光滑曲线模型,并与受扰韧带模型及双线性模型进行了初步比较,同时,进行了4组不同韧带长度的楔人劈拉试验.结果表明,根据断裂功方法测得的混凝土断裂能的尺寸效应是由于局部断裂能在试件韧带上分布的不均匀引起的,而此分布特性受试件边界条件的影响;当试件尺寸足够大时由试验测得的断裂能即为混凝土的真实断裂能,也就是试验测试值的极限值;本文模型计算得到的混凝土断裂能与受扰韧带模型及双线性模型的计算结果非常接近,但3个模型在描述边界条件对其影响的程度上却各不相同,有待于做进一步研究.     

混凝土试件四点加载剪切断裂试验研究

有关混凝土Ⅱ型断裂的试验研究是混凝土断裂问题中的热点和难点问题。通过6组24个四点剪切试件对裂缝的剪切扩展过程以及断裂韧度K_Ⅱc进行试验研究,由试件的荷载-应变(P-ε)曲线、荷载-时间(P-t)曲线和荷载-裂缝尖端滑移位移(P-CTSD)曲线,确定试件的破坏荷载、裂缝尖端混凝土应变以及裂尖滑移位移。试验中可见,试件裂缝扩展方向并不平行于剪力方向,而是从裂缝尖端扩展至近加载点附近,表现为倾斜裂缝。试验结果表明,混凝土试件的Ⅱ型断裂韧度K_Ⅱc变化范围为0.5～1.1(MPa·m^0.5)。K_Ⅱc随近加载点与预制缝之间的距离减小而增大;K_Ⅱc随初始缝高比的增大而增大。经分析可知,试验过程中形成加载的高窄剪力区容易引起混凝土的剪切断裂。     

粘土体裂隙效应中的分形几何现象

根据分形理论，研究了成都、合肥粘土体裂隙效应中存在的分形几何现象，表明裂隙空间展布、极点分布、土样强度的尺寸效应等均具分形结构。计算结果表明，成都粘土的分维值普遍大于合肥粘土，同时还探讨了成都裂隙性粘土体变形模量E0与其空间展布分维值Dk的相关关系。     

碾压混凝土层面双G断裂参数的试验研究

通过对不同形式的碾压混凝土层面及本体试件进行楔入劈拉试验，得到了各种层面形式的能量型断裂参数，比较了层面处理方式和间隔时间对于层面断裂性能的影响。通过对断裂参数规律的分析得出，本体试件的失稳断裂韧度最大，终凝后处理的层面形式的试件次之，初凝与终凝之间处理的层面形式的试件更小，初凝前处理的层面形式的试件最小。层面间隔时间相同的情况下，层面经过处理的试件要比层面不处理的试件的失稳韧度大；层面处理方式相同的情况下，层面间隔时间短的试件的断裂韧度比间隔时间长的略大。     

不同初始缝高比的混凝土断裂试验及边界效应分析

为了解决直接法(轴向拉伸试验)和间接法(劈裂拉伸试验、弯曲拉伸试验)测试抗拉强度的试验结果相差较大的问题,通过不同初始缝高比早龄期混凝土的楔入劈拉试验,基于已有的Hu-Guan边界效应理论模型,拟合得到两个真实的断裂参数——断裂韧度和抗拉强度,然后基于双K断裂模型,根据试验测得的起裂荷载、峰值荷载及临界裂缝张口位移值,计算初始缝高比为0.05～0.70共8组试件的起裂断裂韧度和失稳断裂韧度。结果表明:Hu-Guan边界效应模型拟合计算得到的抗拉强度值与劈裂抗拉试验值相差4.85%,得到的断裂韧度值介于双K模型计算范围内,验证了已有的边界效应模型适用于确定混凝土材料的真实断裂参数;起裂断裂韧度不受初始缝高比的影响,失稳断裂韧度在0.05≤α≤0.4范围内随初始缝高比的减小而增大,在0.4≤α≤0.6范围内,其值为一常数,在0.6≤α≤0.7时,其值有明显的下降趋势。