节理裂隙岩体渗流与应力耦合分析

在总结已有的饱和非饱和渗流模型的基础上,把裂隙岩体看作是离散网络模型,分析研究了含节理裂隙岩体的非饱和渗流特性,建立了裂隙网络饱和非饱和渗流模型,并推导了控制方程.对节理裂隙岩体中外力对裂隙渗流的影响进行了分析研究,提出了渗流场-应力场耦合的分析模型,推导出三维应力与裂隙水压力共同作用下一组平行裂隙组的渗流应力耦合关系式.     

节理裂隙岩体渗流与应力耦合分析

在总结已有的饱和非饱和渗流模型的基础上，把裂隙岩体看作是离散网络模型，分析研究了含节理裂隙岩体的非饱和渗流特性，建立了裂隙网络饱和非饱和渗流模型，并推导了控制方程．对节理裂隙岩体中外力对裂隙渗流的影响进行了分析研究，提出了渗流场—应力场耦合的分析模型，推导出三维应力与裂隙水压力共同作用下一组平行裂隙组的渗流应力耦合关系式。     

岩石单裂隙水力特性试验研究进展

岩石单裂隙渗流特性是研究裂隙岩体渗流的基础,由于岩体工程实践的迫切需要,国内外研究者众多.本文以岩石单裂隙渗流的数值模拟和实验室试验的研究内容为线索,综述了粗糙度、隙宽、曲折流、沟槽流、平行板模型等概念和应力、温度、各向异性、入渗水头、尺寸效应、溶解等因素对岩石单裂隙渗流的影响,最后给出了目前存在问题及展望.     

裂隙岩体渗流的优势水力路径

优势水力路径是裂隙岩体中的主要渗透通道,是岩土工程中必须考虑和解决的问题。通过分析裂隙岩体渗流优势水力路径的形成机理及编制相应的分析程序,研究优势水力路径的主要表现形式及其应力相关性。研究表明,裂隙岩体中的优势水力路径客观存在于由连通裂隙簇、优势节理裂隙组、主干裂隙等形成的水力连通裂隙网络中,其分布与优势裂隙组和长大裂隙的分布及应力环境极其相关。通过分析裂隙岩体的优势水力路径,确定裂隙岩体中地下水的潜在渗透通道和分布状态,为边坡工程、地下工程等岩土工程的设计施工提供参考依据。     

岩体裂隙非饱和渗流试验系统研制及应用

摘　要: 为了准确测定岩体裂隙非饱和水力参数, 并揭示裂隙非饱和渗流特性及规律, 设计研发了一套裂隙非饱和渗流试验系统。该系统不仅可以实现真正意义上的岩体裂隙非饱和渗流, 而且使用高精密的柱塞泵、 电子天平、 压力传感器和回压控制系统等, 可确保试验的测量和控制精度。通过开展岩体单裂隙非饱和渗流试验, 初步阐明了单裂隙非饱和渗流的一些水力特性: 实际岩体裂隙相对于概化模型裂隙具有更大的束缚水饱和度, 而且由于薄膜水和孔角毛细水的存在, 当饱和度很低时, 非饱和渗透系数也较概化模型裂隙大。建立了毛细压力与非饱和渗透系数之间的试验关系, 通过对试验数据的分析提出了毛细压力-非饱和渗透系数的拟合公式, 根据与前人所建立的经验公式对裂隙吸水和排水过程拟合结果的对比可知, 本文公式的拟合精度高, 对于深入研究裂隙非饱和渗流具有一定的参考价值, 同时, 试验结果表明本文试验系统是准确可靠的, 可用于岩体裂隙非饱和水力参数的测定及非饱和渗流特性的研究。     

二维裂隙岩体渗流数值模拟技术研究

如何准确地描述岩体裂隙水的流动状态是一个重要课题.与原位实验相比,利用数值模拟方法研究裂隙岩体渗流问题,具有高效、经济、可重复性强等特点.然而,较准确的岩体裂隙网格模拟和裂隙水流动模拟系统的设计与实现,是数值模拟方法研究的两个难点.非连续裂隙网络仿真主要采用Monte Carlo技术,结合裂隙统计学特征,进行随机模拟.先研究区域内随机生成符合地质统计学规律的裂隙网络,再对渗流有贡献的裂隙进行筛选并自动离散,最后利用水量均衡原理计算出各节点的水头.通过开发相应的程序包,提高岩体裂隙渗流计算的规模和准确性,为进一步研究水在岩石中的作用打下基础.     

爆炸荷载下岩体破裂影响因素研究

为研究岩体在爆炸荷载作用下裂纹扩展的影响因素,采用ANSYS/LS-DYNA动力有限元软件对砂岩爆破裂纹扩展机理进行数值模拟,并考察地应力、自由面和节理等因素对爆破裂纹扩展的影响。结果表明:爆生气体与应力波联合作用下的裂隙区半径是应力波单独作用下裂隙区半径的1.85倍,爆生气体的存在使破岩过程更为有效;当侧压系数不变时,随着初始应力的增加,裂隙区扩展半径减小;自由面产生的反射拉伸应力波导致平行于自由面的裂纹产生;自由面与节理平行或垂直对爆破裂纹的分布有很大影响。研究成果可为中硬岩的爆破开挖工程提供参考。     

对深部岩体节理裂隙分布的模拟预测

应用计算机模拟技术和岩石断裂力学及爆破理论 ,在岩体节理裂隙实测的基础上 ,模拟预测了深部岩体节理裂隙的分布状态     

岩体结构面渗流研究现状

岩体渗流实质上就是结构面及其网络的渗流。由于受节理张开度、表面粗糙度、接触面积、裂隙法向应力变化和填充物等影响,从而使岩体结构面的渗流特征变得非常复杂。本从岩体结构面几何特征的数值分析和经验分析讨论了岩体结构面渗流研究状况。     

粗糙单裂隙高速非达西渗流特性的试验研究

针对裂隙岩体渗流破坏灾害问题。研制符合不同节理粗糙度的拟岩体粗糙单裂隙试件,开展了可变裂隙开度、高水力梯度粗糙单裂隙非达西渗流室内物理试验。研究表明,高渗流速度情况下,渗流水力梯度与渗流流速之间呈现非线性关系;Forchheimer方程能良好拟合高流速条件下粗糙裂隙渗流情况;提出非达西影响系数的半经验关系式,为工程实践中突涌水量预测提供重要参考。     

土石堰过流水力参数数值解

本文将土石堰过流场区分为一维恒定变量流场和二维恒定非达西渗流场;应用圣维南方程和福希海默方程建立数学模型,分别用龙格一库塔法和有限元法进行数值计算,然后协调迭代求得整个流场的水力参数(溢流水深与流速;渗透流速与测压管水头等)。算例的结果与实验值吻合。     

单井回灌地源热泵承压含水层渗流解析解

单井回灌地源热泵系统是一种高效、环保的新技术,但其涉及的地下水流动和传热问题相当复杂。要解决该系统的传热问题,首先要解决的是地下水渗流问题。由于单井回灌地源热泵是从一口井的底部抽取地下水,经过热泵换热后再从同一口井的上部回灌回地下,在不考虑地下水整体流动的情况下,这是一个具有复杂边界条件的轴对称渗流问题,对于该问题国内外文献里还未见有解析解。本文在一定简化假设条件下,通过积分变换的方法求得了承压含水层的解析解,为进一步分析传热奠定了基础。。     

含浅层强透水层堤基的上覆砂层管涌破坏试验研究

堤基中往往存在局部浅层强透水层并形成渗流优先通道,该通道不能大幅度削减流体的水头势能,易引起堤基管涌破坏,此类堤基管涌破坏机理的研究尚不明朗,仍需进一步研究。采用砂槽试验模拟堤基渗流,试验中通过抬升水箱水位,观察砂土中细颗粒流失现象,并分析渗流量、渗透坡降、测压管水头、砂土颗粒级配、锥头阻力、沉降量等关键参数。试验结果表明,水箱水位增大至48 cm,浅层强透水层上覆砂层被“击穿”发生管涌破坏,管涌破坏分为稳定渗流阶段、细颗粒流失阶段（0.05 < d ≤ 0.075粒级砂土流失）、较细颗粒流失阶段（0.075 < d ≤ 0.1粒级砂土流失）、管涌破坏扩大阶段（0.1 < d ≤ 0.25粒级砂土流失）。管涌破坏过程中,细颗粒砂土流失,锥头阻力降低,砂土层发生沉降,且较细颗粒流失阶段的沉降较为突出。细颗粒砂土流失导致砂土层孔隙率和渗透系数上升,渗流量和渗透坡降随之增大。     

裂隙岩体中径向位移的双场耦合蠕变分析

在富含裂隙的岩体中,隧道开挖引起应力场和渗透场的变化而产生卸荷变形是非常复杂的力学过程。运用粘弹性断裂、蠕变理论,建立在裂隙岩体中隧道开挖的双场耦合蠕变模型,结合Laplace转换推导出围岩的径向位移函数表达式,说明应力卸荷、渗流力的作用以及节理裂隙分布对径向位移的影响。模型计算结果表明,径向最大位移变化量并不在主应力最大方向,也不在隧道顶端,而是受地应力分布、渗透水压和节理分布等综合作用有所偏移。     

A new apparatus for investigating stress, deformation and seepage coupling properties of rock fractures

A true triaxial apparatus which is composed of three units was presented. The apparatus allows for investigations on deformation and seepage behaviors of a single rock fracture subjected to lateral stress and normal stress. The first unit has three jacks which can apply loads independently in three orthogonal directions. The second unit is used to supply water inflow, control seepage pressure and measure flow velocity in real time. The third unit is for measuring the normal deformation of rock fractures. Some tests for investigating the normal deformation and seepage behaviors of rock fractures subjected to normal and lateral loads on hard granite specimens with an artificial persistent fracture, were introduced. The results show that both the normal deformation and the hydraulic conductivity are influenced not only by the normal stress but also by the lateral stress. It is also shown that the aperture and the hydraulic conductivity decrease with the increasing normal stress but increase with the increasing lateral stress and both the aperture and the hydraulic conductivity obey exponential relationships with the normal stress and the lateral stress.     

乌溪江水电厂右坝绕坝渗流的同位素示踪应用研究

结合乌溪江大坝右坝绕坝渗流场的测试，叙述了同位素示踪法在水库现有水位观测孔中测定绕坝渗漏通道的方法．通过天然流场下单孔测定含水层的渗透流速、流向、涌（吸）水量、垂向流、温度、电导率的变化等，对渗漏通道的路径进行了较深入的讨论，为大坝的维修和加固提出了新的实测数据     

大河桥水库坝体防渗处理技术

以大河桥水库除险加固工程为例,探讨了防渗墙在坝体防渗中的应用,综合分析了大坝内理论浸润线分布、各测点压力水头等重要的渗流特征参数,并运用有限元法复核计算增设防渗墙前后的坝体渗流.结果表明,实测浸润线与渗流有限元法数值模拟结果能够较好地吻合,水库坝体防渗处理方案可行,有效解决了渗漏问题,改善了水库的运行条件,为相关工程设...     

水泵水轮机水锤控制方式

本文根据调节程序原理,对水泵水轮机在水轮机丢荷和水泵断电工况下的水锤控制方式进行了探讨;建议除应对水轮机进水侧的压力进行控制外,还应根据实际情况,或者控制水轮机出水侧的压力,或者控制进出口压力差     

MRT-LBM-based numerical simulation of seepage flow through fractal fracture networks

The study on seepage flow passing through single fractures is essential and critical for understanding of the law of seepage flow passing through fracture networks and the coupling mechanisms of seepage field and stress field in rock masses. By using the fractal interpolation to reconstruct a natural coarse fracture, as well as taking into account the microstructure of the fracture, the numerical simulation of seepage flow passing through the coarse fractures with two distinct vertical scaling factors is conducted based on the MRT-LBM model of the lattice Boltzmann method. Then, after obtaining the length of the preferential flow pathway, the permeability of the two kinds of fractures is estimated respectively. In view of difficulties in locating the preferential flow pathway of natural fracture networks, by numerical tests a transect permeability weighted algorithm for estimating the fracture network permeability is proposed. The algorithm is not specific to one or more particular preferential flow pathways, but considers the contribution of each section to hinder the fluid passing through the medium. In order to apply the new algorithm, by capturing the structure of fracture networks based on the image-processing technique, the numerical simulations of seepage flow passing through two groups of natural fracture networks is carried out, the permeability is forecasted and the partial flows are reproduced for both cases. It is found that the preferential flow pathway emerges at the beginning of evolution, then is strengthened subsequently, and finally reaches a steady status. Furthermore, by using the proposed method some details on local flow can be clearly observed such as backflows and vortices at local branches can exist simultaneously and so forth, suggesting the validness of the proposed method for multiscale simulations of seepage flow.     

管流中测压管水头线的绘制

本文讨论了管道系统的进口断面及出口断面的水头损失和测压管水头线的位置,提出了铅直管道的测压管水头线和管道系统有外加能量时测压管水头线的绘制方法。