小湾拱坝坝基含排水孔岩体渗流与应力耦合分析

小湾坝基岩体裂隙发育,坝基结构复杂且水推力巨大,为提高小湾坝基安全稳定性,基于含排水孔裂隙岩体渗流与应力耦合的复合单元算法,对小湾拱坝坝基含主排水孔系统裂隙岩体进行了三维渗流与应力应变耦合分析.通过算例分析,可以看出复合单元模型针对细部构造模拟时前处理简便快捷,且可真实反映裂隙、排水孔等细部构造的渗透特性;同时也可看出,小湾拱坝坝基考虑渗流与应力耦合时,水头等势线向坝基底区域集中,渗透坡降增加,同时坝基底渗流速度增加,下游区域流速有所减小.     

裂隙岩体裂隙网络渗流场—应力场耦合的刚体元分析

基于裂隙岩体初始裂隙网络渗流的离散数值模型，首次采用新的数值方法－－刚体元方法进行裂隙岩体裂隙网络渗流场－应力场耦合分析，既避免了经典渗流理论不考虑介质应力的不足，又克服了工程岩体稳定性分析中简单考虑水渗流作用的缺陷。     

渗流分析中复杂排水系统模拟的叠单元法

以叠单元理论为基础,对其前处理及数值积分进行了改进和完善,并将其应用于光照重力坝的渗控优化.对于选取的典型坝段,首先将其划分为考虑廊道和防渗帷幕、不考虑排水孔的整体网格;然后针对各层排水孔,建立其局部网格.由于整体网格和局部网格相互独立,在模拟不同排水孔参数时,整体网格保持不变,只需改变局部网格即可,从而显著减小网格划分难度.工程应用结果表明,叠单元法非常适用于渗流分析中复杂排水系统的精细模拟.     

等效连续岩体的渗流应力耦合模型研究及应用

以渗透系数、孔隙率和应力的关系作为桥梁,当渗流场为非稳定渗流时,建立等效连续岩体渗流的耦合模型.采用有限单元法,进行了数值模拟,并结合算例进行两场耦合计算分析.从算例的计算结果来看,计入耦合作用后,岩体各应力分量都有不同程度的增加,特别是个别方向的应力分量增加幅度较大.因此,在工程设计中应该考虑耦合作用,这对于工程安全有着十分重要的指导意义.     

采动影响下损伤煤岩体峰后渗透率演化模型研究

在对比分析煤岩体峰前和峰后阶段渗透率演化规律差异的基础上,通过考虑开挖损伤对煤岩体渗透率的影响,基于裂隙平板模型建立了考虑损伤效应的峰后煤岩体渗透率模型;将实验测试数据与渗透率模型计算结果进行对比分析,验证了渗透率模型的合理性.基于此模型,具体分析了3种典型开采方式下(保护层开采,放顶煤开采和无煤柱开采)工作面前方煤岩体渗透率分布特征.研究结果表明:峰前和峰后阶段煤岩体渗透率均随应力呈现指数增长趋势,但两者在增长量上存在明显不同;根据渗透率分布特征,可以将工作面前方煤岩体划分为4个区域:渗流开放区,渗流屏蔽区,渗流过渡区和原岩渗流区;3种开采方式对工作面前方煤岩体的瓦斯渗流影响规律相似,但是在影响区域范围上存在较大差异.     

糯扎渡水电站地下厂房区渗流场分析

联合运用固定网格的节点虚流量法及能严密地模拟排水孔实际渗流行为的排水子结构技术,对糯扎渡水电站地下厂房区渗流场进行了三维整体有限单元法分析研究.结合工程的现拟渗控设计方案经多种工况的求解,较详细地分析了该电站地下厂房区的渗流场特性,论证了现有防渗帷幕和排水设计方案的明显渗控效果,为设计提供了可靠依据.在渗流场求解方面应用了目前较好的算法:一方面把排水子结构纳入节点虚流量法中;另一方面把节点虚流量法中的渗流虚域与实域、虚单元与实单元的概念引入排水子结构,使求解有复杂排水孔幕和排水廊道的工程渗流问题得到了较好地解决.     

深层排水孔堵塞对富水岩质高边坡稳定性的影响

高边坡施工或运营期间常因多种因素作用导致排水孔堵塞,从而抬升地下水位,影响边坡稳定性和支护结构的安全。基于渗流折射定律,采用空气单元法模拟排水孔,开展了岩质高边坡渗流应力耦合分析,重点研究了排水孔不同堵塞工况下的坡后地下水位变化及支护结构力学响应。计算结果表明：排水孔堵塞对坡后地下水位影响显著,坡内位移整体变化不大,坡趾位置岩体变形最大;坡体锚杆轴力明显增加,最大增长幅度达到45%。对于布设深层排水孔的岩质高边坡,排水孔堵塞后边坡支护结构的位移变化明显,对支护结构的影响不容忽视,尤其体现在坡趾剪出口位置。此外,排水孔接近完全堵塞时,边坡安全系数显著降低。提出了以框架式格构和锚杆共同作为支护体系的高边坡处理措施,即下部边坡加强格构支护强度,上部边坡增加锚杆锚固长度。     

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。     

等壳碾压混凝土重力坝渗流场三维有限元分析

解决渗流问题是碾压混凝土重力坝技术发展的关键.利用三维有限单元法和改进的排水孔幕技术,对等壳碾压混凝土重力坝的渗流场进行了有限元分析.分析结果表明：采用二级配的碾压混凝土面层与三级配的坝体组合,同时配合结构合理的坝体排水孔布置,坝体防渗能满足设计要求.     

沙牌高RCC拱坝渗流特性及对坝肩稳定性的影响

沙牌高ＲＣＣ拱坝是国家“八·五”和“九·五”科技攻关项目重点依托工程,由于拱坝坝肩相对单薄,坝肩岩体中存在遇水易于软化的绿片岩,坝址区的渗流特性及对坝肩稳定性的作用与影响是工程非常关心的问题,本文根据沙牌坝址区水文地质条件及坝基防渗处理设计措施,运用三维有限元数学模型,研究坝基（ 肩） 渗透压力的空间分布特征及坝基排水廊道的渗透流量,并针对坝基防渗帷幕和排水孔幕不同施工质量,对坝基渗流特性及坝肩稳定性的作用与影响进行敏感性分析。     

Creep properties and permeability evolution in triaxial rheological tests of hard rock in dam foundation

Triaxial creep tests were carried out under seepage pressure by using rock servo-controlled triaxial rheology testing equipment. Based on experimental results, rock rheological properties influenced by seepage-stress coupling were studied, and variations of seepage rate with time in complete creep processes of rock were analyzed. It is shown that, when the applied stress is less than failure stress level, the creep deformation is not obvious, and its main form is steady-state creep. When applied stress level is greater than or less than but close to fracture stress, it is easier to see the increase of creep deformation and the more obvious accelerative creep characteristics. The circumferential creep deformation is obviously higher than the axial creep deformation. At the stage of steady-state creep, the average of seepage flow rate is about 4.7×10⁻⁹ m/s at confining pressure (σ ₃) of 2 MPa, and is about 3.9×10⁻⁹ m/s at σ ₃ of 6 MPa. It is seen that the seepage flow rate at σ ₃ of 2 MPa in this case is obviously larger than that at σ ₃ of 6 MPa. At the stage of creep acceleration, the seepage flow rate is markedly increased with the increase of time. The variation of rock permeability is directly connected to the growth and evolution of creep crack. It is suggested that the permeability coefficient in complete creep processes of rock is not a constant, but is a function of rock creep strain, confining pressure, damage variable and pore water pressure. The results can be considered to provide a reliable reference for the establishment of rock rheological model and parameter identification.     

单向逐级加载劣化诱导三圆孔模型的力学响应

由于施工扰动会导致洞室群的围岩劣化，对洞室群失稳产生诱导效应。为模拟洞室拉破坏和剪破坏两种典型的破坏特征，分别设计了水平和对角倾斜间隔三圆孔平板水泥砂浆模型，分别为洞室间隔矩形空孔、石蜡填充空孔和石膏填充空孔，模拟围岩由强到弱损伤的诱导效应，并定义其劣化指标。利用数字散斑系统MatchID-2D研究单轴逐级加卸载循环下无填充、石蜡填充和石膏填充空孔条件下的变形破坏特征，发现诱导程度越强，模型破坏荷载越小；同样，诱导条件下对角倾斜间隔三圆孔较平孔的破坏荷载小，平孔模型以拉破坏为主，斜孔模型以剪破坏为主。利用FLAC3D数值模拟软件进行加卸载试验，对洞室周围进行变形监测与MatchID-2D的引伸计功能进行对比，分析诱导对通过平孔模型的圆孔中心和诱导平孔中部竖直方向收敛的影响规律，发现平孔诱导空孔填充材料能明显降低中间圆孔和诱导平孔收敛，斜孔模型中间圆孔收敛呈类似特征。     

Numerical simulation of parallel hole cut blasting with uncharged holes

The cavity formation and propagation process of stress wave from parallel hole cut blasting was simulated with ANSYS/LS-DYNA 3D nonlinear dynamic finite element software. The distribution of element plastic strain, node velocity, node time-acceleration history and the blasting cartridge volume ratio during the process were analyzed. It was found that the detonation of charged holes would cause the interaction of stress wave with the wall of uncharged holes. Initial rock cracking and displacement to neighboring uncharged holes become the main mechanism of cavity formation in early stage.2008 University of Science and Technology Beijing. All rights reserved.     

无充填周期性裂缝岩体的等效渗透系数（稿件编号：201600412）

为了研究无充填周期性裂缝岩体的渗流特性,建立了地下水流动分析模型,该模型假定裂缝和岩石交界面流速相等且剪应力连续。根据分析模型的边界条件,耦合Navier−Stokes方程和Brinkman-extended Darcy方程,推求出裂缝和岩石中水流的流速分布。结合线性Darcy定律,推导出无充填周期性裂缝岩体沿裂缝方向等效渗透系数的理论表达,该表达式揭示裂缝开度对等效渗透系数起控制作用。为进一步验证理论模型推求的成果,研制试验装置开展渗流试验。试验时用浇筑混凝土模拟岩石,用混凝土间缝隙模拟岩石裂缝。测得的平均渗透系数和理论计算得到的等效渗透系数在同一量级,且相差很小。试验结果验证了所推求等效渗透系数表达式的正确性和可靠性。     

注浆、衬砌作用下非线性渗流隧洞弹塑性解

为探求深埋隧洞在非线性渗流条件下围岩-注浆圈-衬砌体系的力学行为,引入Izbash非线性渗流模型,给出了围岩-注浆圈-衬砌体系的水头分布,基于统一强度理论,考虑塑性区可能的分布位置,在注浆、衬砌支护作用下对隧洞位移、应力和塑性区半径进行了理论推导.通过算例将理论解与数值解对比分析,验证了研究方法的可靠性,并进一步探讨了考虑非线性渗流对富水山岭隧洞支护设计的工程意义.研究结果表明:非线性渗流对隧洞弹塑性力学的影响主要体现在围岩水力梯度系数m_1;围岩从低速非线性渗流向高速非线性渗流转变过程中,塑性区半径和位移越来越大,围岩应力有所减小;应从隧洞围岩的非线性渗流角度考虑注浆圈、衬砌支护厚度设计.研究成果为非线性渗流隧洞支护设计提供了理论依据.     

高拉速下板坯浸入式水口参数的数模研究

采用数模研究了浸入式水口不同结构条件下，结晶器内钢水的流动状态，研究表明，浸入式水口侧孔的角度对流场影响不大，主要是钢水很难充满侧孔，且浸入式水口的管壁厚度不够，没有导流作用，水口侧孔的面积较小时，提高出口面积可减小流出速度，当流股充不满出口时，扩大出口面积，不能减小出口流速，在浸入式水口底部开孔，可以有效地起到分流作用，高拉速下，合适的底孔孔径，可以得到满意的流场。     

单排孔齐发爆破孔间应力分析

以应力分析的理论和方法,研究了单排孔齐发爆破两孔隙岩石的破碎机理,通过分析两孔爆炸范围内岩石的拉压应力区,压应力区,纯拉力面等几部分的分布区域和弹性位移区在爆炸过程中的应力,应变及运动状态,     

岩体加固新技术在回龙抽水蓄能电站中的应用

在灌浆、排水和锚固等岩体加固工程中,钻孔方位和岩体中裂隙的方位组合对岩体加固的效果影响显著.目前,通用的设计方法是不考虑岩体的各向异性而采用固定的钻孔方向.为保证工程质量和提高经济效益,应寻找质量效益系数最佳的方向作为钻孔矢量的方向.在回龙抽水蓄能电站的灌浆、排水设计中,通过对钻孔方向的计算机优选,采用针对性的岩体加固技术,取得了很好的效果.