岩石THMC多因素耦合试验系统研制与应用

为研究复杂环境下(高应力、高水压、高温、水化学等)岩石渗透特性演化规律,研制了渗流-温度-应力-化学(THMC)多因素耦合作用下岩石渗透特性试验系统。该系统在应力加载系统、渗透压控制系统的基础上扩充了控温系统和化学溶液自配系统,轴向荷载最大可加到1 500 kN,可进行高应力(30 MPa)、高水压(30 MPa)、高温(150 ℃)和低温(-20 ℃)、化学(酸性或碱性环境)等条件下岩石试件的渗透特性测试研究,并可进行岩石变形和渗透、应力耦合的全过程试验研究,是在原有岩石应力-渗流耦合试验设备基础上进一步增加了可直接加载的温度场和与渗流场结合的化学环境对岩石渗流特性的影响而发展的一套全新设备。利用该系统进行了多场耦合条件下岩石的渗透特性试验研究,验证了该试验系统的可靠性,对研究在多物理场耦合作用下岩石介质渗流特性提供了重要研究手段。     

基于应力场与渗流场耦合的土坝稳定性分析

基于多孔介质的渗流特性和土的非线性本构关系,研究了渗流场与应力场的耦合效应,根据弹性力学和渗流理论提出了耦合问题的力学模型及其控制微分方程,然后导出这一问题的有限元计算公式。针对某非均质土坝建立了非线性耦合分析模型,探讨了大坝的渗流与应力耦合规律,结果表明:坝体中渗流与应力的相互作用是不应忽视的;在其耦合作用下,坝体渗流场的总渗流量减小,而应力场的各应力分量的最大值增大。     

高外水隧洞变形稳定性的基质压缩效应

深埋水工隧洞通常会面临高地下水位问题,为准确分析高外水隧洞围岩变形稳定性,需合理模拟外水内渗的力学作用。现阶段,学者们虽已认识到在饱和岩体渗流-应力耦合分析中考虑岩石基质压缩的必要性,但针对岩石基质压缩对高外水隧洞变形稳定性影响的相关研究尚未见报道。基于饱和多孔介质有效应力原理和孔压修正系数,并考虑围岩渗透特性动态演化,建立了高外水隧洞渗流-应力耦合分析模型,并在ABAQUS中进行了数值实现。依托某深埋引水隧洞,在分析其渗流场和变形稳定性的基础上,开展了不同岩石基质可压缩性条件下的高外水隧洞渗流-应力耦合分析,揭示了高外水隧洞围岩变形稳定性随岩石基质可压缩性的变化规律。结果表明：岩石基质压缩直接影响着高外水隧洞的外水内渗过程,对高外水隧洞围岩变形稳定性不利,岩石基质可压缩性越大,则围岩变形和塑性区范围越大,在分析中忽略岩石基质压缩将得出偏于危险的结果。     

岩体渗流-应力-温度三场耦合的连续介质模型

进行岩体渗流一应力—温度三场耦合研究，是为了更客观地反映作为人类工程活动地质背景的岩体的本质属性。从岩体渗流—应力—温度三者两两之间的相互作用关系出发，分别建立了应力和温度影响下的渗流场模型、沙流和温度影响下的应力场模型、渗流和应力影响下的温度场模型，耦合三者成为岩体渗流—应力—温度三场耦合的连续介质模型；并对此三场耦合模型及其数值解法进行了讨论。     

龙滩碾压混凝土坝渗流与应力场耦合分析

结合龙滩碾压混凝土重力坝的渗透特性，考虑碾压混凝土层面 流及其力学效应以及坝体应力状态对层面渗透性的影响，采用碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析的数学模型及其有限元数值解法，对龙滩碾压混凝土重力坝进行了渗流场与应力场耦合分析，为工程设计提供了参考依据。     

龙滩碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析

结合龙滩碾压混凝土重力坝的渗透特性,考虑碾压混凝土层面渗流及其力学效应以及坝体应力状态对层面渗透性的影响,采用碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析的数学模型及其有限元数值解法,对龙滩碾压混凝土重力坝进行了渗流场与应力场耦合分析,为工程设计提供了参考依据.     

不同边界条件对孔隙介质渗流-应力耦合的影响

以孔隙介质的流体力学和连续性介质弹性力学为理论基础,建立多孔连续性介质的渗流-应力耦合模型,根据4种不同的边界条件,采用Flex PDE有限元计算软件编程分别求解4种边界条件下渗流-应力耦合的数学模型。比较4种不同的计算结果,分析表明,不同的位移场或渗流场边界条件会对渗流-应力耦合效应产生较大的影响。     

小湾拱坝与地基联合作用的分析研究

本项研究结合小湾工程拱坝应力及地基渗流实际问题进行理论和实际应用两方面工作，本文主要介绍以渗流场与应力场耦合分析为基础建立的拱坝与地基联合作用分析方法，并对小湾工程进行了分析论证，肯定了设计可行性，作出了工程建议。     

岩石和混凝土的渗透性及其在地下工程中的应用

介绍了用瞬态法测定岩石、混凝土渗透系数的原理和方法。对两种岩性、两种混凝土试件进行了不同应力水平下的渗透试验，对渗透特性作了初步分析，得到了渗透系数与应力关系的试验公式。根据试验结果结合工程地质资料，对广州抽水蓄能电站二期工程采用不同钢支管长度的厂房区作了考虑和不考虑渗流场作用的三维渗流耦合分析，得到了一些对设计有用的结果     

深基坑三维应力场和渗流场耦合分析与模拟

为研究深基坑开挖施工过程中渗流场和应力场耦合情况,建立基于非饱和土的渗流-应力全耦合模型,采用非饱和土渗流-应力全耦合模型进行深基坑三维应力场和渗流场的耦合分析,预测在基坑不同的施工阶段中基坑挡土结构的侧向变形和基坑周围地面的沉降的变化,并将理论分析结果与实际监测数据进行对比分析。分析成果表明在需要降水施工的基坑分析中,采用渗流-应力耦合模型来进行基坑的分析与计算更合理,更有效。     

NUMERICAL SIMULATION OF ROCK BREAKING MECHANISM WITH HIGH-PRESSURE WATER JET

Based on the analysis of experimental results.the rock damage model and the damage coupling model suitable for the whole rock breaking process with water jet were established with continuous damage mechanics and micro damage mechanics, and the numerical method was developed with continuum mechanics and the FEM theory. The rock breaking mechanism with water jet was studied systematically with numerical simulation for the first time in the field of water-jet rock breaking. The numerical results agree with the experimental ones which shows that the presented method is reasonable and can reflect the reality of water-jet rock breaking. The conclusion can be applied in practice.     

有限元分析中坝基面和结构面渗透压力的合理模拟

用有限元法分析大坝、岩体边坡的应力和稳定性时,不少人在坝基面和结构面单元的某一侧上施加面力,用以模拟作用在这些面上的渗透压力。本文讨论这种模拟方法的缺点,并提出一种改进的模拟方法。     

基于极限平衡法和有限元法的岩质高边坡稳定性分析

以某水电站右岸坝肩开挖岩质高边坡为例,利用极限平衡方法和二维有限元方法对该边坡在天然工况、开挖工况和加固工况的抗滑稳定性进行了数值模拟及对比计算分析。结果表明简布法和条分法的计算结果与有限元的计算结果较为接近,通过有限元强度折减法计算的安全系数小于极限平衡方法计算的安全系数,极限平衡方法搜索的滑动面是一个圆弧,有限元计算得到的是一条滑动带,极限平衡法搜索的滑带相对较小,在有限元计算的滑带之内。     

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。     

反倾等厚层状岩质边坡倾倒破坏折断深度计算

倾倒破坏是反倾层状岩质边坡一种主要的变形破坏模式。基于悬臂梁极限平衡理论研究反倾层状岩质边坡变形破坏是一种既注重变形过程又注重力学分析的可行方法。以地质分析为基础,基于梁板上、下层面间的正应力为三角形分布的假设,根据悬臂梁极限平衡分析模型,通过物理力学解析,开展反倾等厚层状岩质边坡倾倒破坏折断深度的研究,并推导出其计算公式。通过对一个工程实例的计算,得出其折断深度与实际现场调查的倾倒变形发育相近,并采用离散单元法(DEM)数值模拟手段进行了分析验证。实例计算表明,推导的公式能较准确地计算反倾等厚层状岩质边坡倾倒破坏折断深度。研究成果对反倾层状岩质边坡稳定性评价与防治具有一定的理论指导意义和应用价值。     

大型调压室围岩稳定分析

采用FLAC3D有限差分程序对某水电站大型长廊阻抗式调压井的洞室开挖围岩稳定、衬砌结构受力特性进行分析计算。分析了围岩和支护结构联合作用的机理,并提出相应的分析方法。结果表明：在现有的支护措施下围岩的稳定是有保证的,也说明采用有限差分法对围岩和支护结构联合作用进行分析是有效、可行的。     

广州抽水蓄能电站地下厂房开挖的有限元分析

 本文根据实测地应力值回归获得的地下厂房区大范围的地应力场,分析了广州抽水蓄能电站地下厂房开挖时的围岩应力场及位移场,并对洞室围岩稳定性进行了评价。它是根据“广州抽水蓄能电站厂房区地应力测定及分析”一文(见《长江科学院院报》1988年第4期)提供的方法,在工程上的具体应用。     

SIMULATION OF SOLUTE TRANSPORT IN FRACTURED NETWORK WITH A PROBABILITY METHOD

The simulation of solute transport in fractured rock mass has been conducted with the Finite Difference Method(FDM), Finite Element Method(FEM) and Finite Analysis Method(FAM), etc.. However, groundwater flow and solute transport is very complex in fractured network compared to the rocks matrix because water flow and tracer particles have different selections of pathways when they travel to the fractured intersections. It is difficult for traditional method to simulate the law of solute transport in fractured network. Hence a new simulation method, the probability method, is developed. In the method, transfer probabilities for fractured network are calculated using the flux of input and output from fractured intersection points, and travel times of tracer particles are determined with random numbers, dispersion parameter and velocity. Furthermore, corresponding computing program is developed using the FORTRAN language. The comparison between simulated and experimental results shows that the probability method is of considerable reliability and is an effective method to simulate solute transport in fractured network, and the case study of the Jinping I-Hydropower Station displays its wide application prospect.     

按联合受力设计的埋藏式钢岔管有限元分析方法

本文提出一种考虑有缝隙存在的联合受力埋藏式钢岔管有限元分析方法，假定回填混凝土在内水压力作用不只起传递荷载作用，围岩简化为在若干有限元结点上施加纯压缩弹性抗力的模型，通过多次迭代求解可获得收敛的结果。本文结合工程实例给出计算成果，说明围岩对岔管的应力影响十分显著。     

基于地应力实测与能量判据的深埋隧道岩爆预测

根据巴基斯坦N-J水电站TBM引水隧洞地质构造和岩体赋存状况,采用套孔应力解除技术对深埋TBM隧道进行了现场地应力实测,进而依据地应力场分布差异将其分为构造和非构造应力影响区。岩石力学室内试验结果表明:砂岩的储能极限对卸载速率不敏感,在一定初始围压下基本为定值。在此基础上,从岩爆能量角度采用数值模拟分析揭示深埋隧道围岩能量分布变化规律,预测不同埋深、不同地应力场条件下隧洞岩爆的级别及规模范围。研究成果可为深部地下工程岩爆的预测提供一种新的思路。