钻孔岩体裂隙几何参数确定方法及其应用

裂隙岩体渗透性是高放废物处置库场址选择和评价的重要因素。钻孔岩体渗透性特征主要依靠钻孔电视获得的裂隙几何参数来确定。针对传统统计法确定裂隙几何参数存在的不足和误差,提出新的统计方法和计算公式。研究结果如下:(1)由于岩体裂隙空间分布多变性,提出以裂隙密度和产状为基础的岩体均质区划分方法;(2)钻孔岩体裂隙发育优势产状采用聚类分析方法来统计;(3)裂隙间距的确定考虑了测量误差的影响,并提出修正公式;(4)裂隙有效水力隙宽提出按照力学成因来确定。将获得的裂隙几何参数代入渗透张量计算程序中,得到钻孔岩体的渗透张量以及渗透主值和主渗透方向,从而为钻孔岩体渗透性分析提供依据。     

等效连续介质模型渗透张量的确定

提出了渗透张量的基本概念，对用裂隙几何参数确定三维问题的渗透张量进行了计算分析，介绍了三种渗透张量的现场测试方法，为研究裂隙岩体的渗透性提供了依据。     

考虑渗流特性的岩体结构面分形特性研究

 裂隙的连通性和密度是影响岩体渗流特性的重要因素。从岩体渗流研究的需要出发,对计算机模拟的岩体裂隙网络,应用分形几何理论,提出考虑裂隙连通性和密度影响的岩体结构面信息维数的计算方法,建立信息维数与岩体渗透系数的关系,进而可以用信息维数和岩体结构面几何参数来直接推求各向异性裂隙岩体的渗透系数张量。工程算例表明：(1) 考虑渗流应力耦合作用时,用容量维数计算的渗透系数比用信息维数计算的值高出2倍多,说明用容量维数计算岩体渗透系数会夸大裂隙岩体的渗透能力;(2) 信息维数能较好地反映裂隙密度对渗流的影响。信息维数越大,表明岩体内连通裂隙数量越多,因而岩体的渗透性就更大一些。     

蒙特卡洛模拟的随机性及裂隙岩体渗透张量分析

１　前　　言　*蒙特卡洛模拟法作为一种计算机模拟手段,已被广泛应用于岩体的裂隙网络模拟。但蒙特卡洛法是一种随机模拟方法,是一种通过裂隙的若干物理、几何量的统计参数来获得一个随机裂隙模型的方法。一方面,真实的岩体裂隙是满足相应的统计分布规律（包括误差规律）的一个具体的裂隙系统;另一方面,由计算机给出的裂隙模型是根据这些分布获得的另一个确定的裂隙分布形式,这两者之间的渗透性质并不一致,但两者的统计规律应具有一致性。因此,确定随机模型对渗透性的影响关系是认识蒙特卡洛法和了解真实岩体渗透性质所必需的。２　蒙特卡洛模拟岩体裂隙网络的随机性假设有一岩体,其裂隙参数见表１,根据表中所提供的参数,可生成多种岩     

某中低放废物处置场岩体裂隙统计分析及渗透系数张量的确定

为了解西北某中低放废物处置场裂隙岩体的渗透性及其优势方向,对裂隙几何参数进行了统计分析,划分出优势裂隙组,再通过概率分析,取得优势裂隙的几何参数,并将其代入渗透张量计算程序中进行计算,得到岩体的渗透张量计算值;最后对渗透张量计算值进行分析,并根据前期抽水试验得到的渗透系数对裂隙岩体渗透张量进行修正,取得合理有效的渗透系...     

基于WLSM的多参数裂隙岩体统计均质区划分

岩体统计均质区的划分一直是岩土工程领域研究的重要课题。大多学者采用产状或者其它单一参数划分岩体统计均质区,却很少有人考虑多参数进行划分研究。考虑了产状、间距、张开、迹长和粗糙度共5个参数,提出了一种划分裂隙岩体统计均质区的新方法,即采用权的最小平方法确定参数的权重并用相关系数法计算研究区裂隙各个参数之间的相关性,从而确定均质系数以此实现对裂隙岩体统计均质区的划分。通过工程实例即云南省马吉水电站左岸坝肩某一高程相邻4个平硐的岩体结构统计均质区划分,分析了多参数对裂隙岩体统计均质区划分的影响。研究结果表明:裂隙岩体统计均质区划分与裂隙产状、间距、张开、迹长和粗糙度等因素有关并成功划分了研究区的统计均质区,证明了该方法的可行性。     

利用钻孔成像研究基岩地区的渗透张量变化规律

利用钻孔电视成像技术,在对钻孔裂隙统计的基础上,建立裂隙介质模型,根据渗透张量理论计算得出垂向上渗透性的变化规律。阐述了利用该技术表征渗透张量时的影响因素,分析了各统计参数的误差及其对渗透张量的大小的影响,并给出了减小误差的方法。通过黄岛地下水封洞库工程实例具体分析了这种方法的优点,说明利用电视钻孔成像结果来研究渗透张量具有可行性。     

裂隙岩体渗透张量计算及其表征单元体积初步研究

基于三维节理网络模拟技术,应用渗流能量叠加原理,推导节理岩体渗透张量的理论计算公式,在此基础上提出裂隙岩体渗透表征单元体积的确定方法。该方法考虑空间节理的具体分布和连通情况,同时根据节理的开度变化和立方定理又可分析应力场对渗透张量的影响,可方便、有效地进行裂隙岩体渗透特性的分析。随后讨论节理迹长、间距、开度、产状和组数等结构面几何特征对岩体渗透特性及表征单元体积的影响。最后采用上述方法,以拉西瓦水电站右岸岩体为例,计算工程岩体的渗透张量,并分析渗透表征单元体积大小及地应力对其渗透特性的影响。研究结果在工程设计中具有应用价值。     

裂隙岩体渗透张量的对称性证明及主渗透性推导

裂隙岩体具有显著的各向异性和非均质性的特点,研究时主要分为等效非连续介质模型、等效连续介质模型和孔隙–裂隙双重连续介质模型3种情况考虑。岩体渗流参数是岩体渗透特性的量化形式,是连续介质模型求解裂隙岩体渗流场的基础。基于裂隙岩体的性质及工程设计方面的考虑,经常把裂隙岩体当作各向异性的多孔连续介质来处理,而渗透张量的对称性是连续介质的标志。各类教科书缺乏渗透张量的对称性证明,而是直接使用这一结论。,为更加深入地理解裂隙岩体渗透张量的本质,证明含有单个裂隙、单组裂隙或多组裂隙的裂隙岩体的渗透张量的对称性,阐明渗透张量的主轴与主渗透性以及水力梯度与渗透流速的关系,进而推导出渗流控制方程。     

钻孔裂隙岩体结构均质区划分方法研究

岩体结构均质区是针对实际工程特点而划定的成果,在实践过程中需要根据具体工程,抓住主要矛盾后,选择最具影响性的要素作为划分依据。针对裂隙岩体渗透特征这一问题,提出了以密度分区法和产状分区法相结合的均质区划分方法。密度分区法采用重叠窗口对密度绝对差这一指标进行比较来分区;产状分区法首先对列联表中实际频数偏差进行了取样偏差修正,然后利用修正数据对相邻区间进行独立性检验来确定裂隙岩体均质区;采用数学原理对两种分区结果综合考虑获得最终的均质区。将此法应用到钻孔裂隙岩体中,并验证了结果的正确性。     

大连地下石油储备库初始渗流场数值反演

 初始渗流场分析是水封式地下石油储备库设计中的重要内容和先决条件,现场压水试验只能提供较准确的各向同性渗透系数,而不能反映各向异性的渗透特征。结合大连地下石油储备库工程,提出一种基于随机节理网络模拟技术反演岩体各向异性渗透特征的方法。首先,采用三维离散元程序3DEC内置的Fish语言,直接生成不同尺寸的三维节理网络模型,通过推导的判别式来统计模型中各组节理的个数及产状信息。其次,利用裂隙介质的渗透张量理论计算不同尺寸的岩体渗透张量,进而确定节理岩体的表征体元(REV)。根据现场压水试验实测资料,修正节理岩体的渗透张量,再利用Matlab软件计算渗透主值及渗透特征向量。最后,考虑渗透系数的空间正交各向异性,采用FLAC3D的Fl_anisotropic的渗流模型反演库区的初始渗流场,为水封式地下石油储备库水幕设计及稳定性分析提供较合理的初始渗流场条件。     

露天矿边坡岩体稳定性各向异性分析方法及工程应用

露天矿边坡岩体通常含有大量IV、V级结构面,影响岩体稳定性。针对这种岩体特性,提出了系统的工程分析方法：首先,应用3GSM非接触测量系统对岩体出露结构面现场测试,统计结构面几何参数概率模型;进一步根据Monte Carlo方法生成裂隙网络,分别利用离散介质渗流方法和几何损伤理论,在分析REV尺寸效应基础上,计算岩体渗透张量和弹性张量,实现岩体参数表征;最后,基于等效连续介质模型,建立各向异性岩体渗流应力耦合模型,采用COMSOL有限元软件分析边坡岩体稳定性。应用该方法对抚顺西露天矿南帮进行了实例分析,计算结果与实际吻合较好。提出的露天矿边坡岩体稳定性分析方法能够考虑节理分布导致的岩体各向异性特征,简单合理,具有良好的工程应用前景。     

岩体节理三维网络模拟技术及渗透率张量分析

在现场地质调查的基础上，对节理开度的概率分布函数进行了拟合，并进行了假设分布的有效性检验。这样，在进行节理三维网络模拟时，就可以生成具有厚度的圆盘来模拟岩体节理的空间分布。岩体节理的渗流量正比于节理开度的三次方，在Monte-Carlo法生成的模拟节理开度的三维节理网络的基础上，结合所述方法对岩体渗透率张量进行分析，使岩体渗透率张量的计算更加合理可行，且计算结果能更加客观地反映岩体的渗透特性。     

裂隙岩体三维渗透张量及表征单元体积的确定

 将基于复合单元法的数值试验和现场单孔压水试验相结合,对裂隙岩体的三维渗透张量及表征单元体积(REV)进行研究。首先根据研究域岩体的裂隙统计参数及分布规律,运用蒙特卡罗方法在统计域内生成三维随机裂隙网络,然后利用复合单元法计算不同尺寸岩体试件在不同方向上的等效渗透系数,以此计算岩体的三维渗透张量及REV尺度,最后利用现场单孔压水试验结果来修正裂隙岩体的3个渗透主值。在小湾水电站工程中,运用该方法对坝区岩体的三维渗透特性进行分析,得到修正后的岩体三维渗透张量,分析结果表明,结合单孔压水试验和基于复合单元法的数值试验来确定裂隙岩体的三维渗透张量和REV是合理且有效的。     

中等延展性裂隙岩体典型单元体及其渗透张量

岩石力学工程中常利用等效多孔介质方法研究裂隙岩体水力特征,等效渗透系数就是等效方法中的重要参数,典型单元体(REV)尺度与存在性决定了等效渗透系数的可靠性和有效性。因此,研究典型单元体的尺度和存在性有重要意义。利用随机方法和水量均衡法开发离散网格软件FractureToKarst研究裂隙岩体渗透问题,从理论推导和多元线性回归分析两种方法验证了程序在研究裂隙岩体渗流的尺度效应的可靠性。以此为基础建立了两组正交中等迹线长度的二维裂隙网格,讨论了此类裂隙岩体REV的存在性及尺度与其裂隙间距的关系,并通过统计学的方法求解出渗透系数张量。     

基于钻进过程指数定量评价岩体完整性原位试验研究

钻孔过程中钻具实时响应特征蕴藏着大量工程地质信息,通过解译钻进数据定量评价岩体完整性,可为快速获取工程岩体的地质特征提供新途径。采用高精度数字液压、扭矩、转速和激光位移传感器监测地质钻机传动部位,搭建了新型地质钻机数字钻进监测系统。开展了均质材料和裂隙岩体原位钻进试验,根据实时、连续及同步获取的钻具响应特征参数,建立了钻进压力、钻进扭矩、钻头转速和钻进速度的函数关系。在此基础上,滤除钻机机械参数对钻进速度的影响,提出了用于表达岩体完整性的新指标——钻进过程指数。研究发现,钻进过程指数的数字变化趋势能综合反映岩体的破碎程度,能通过信息化方法和数据运算获取岩体完整性,削减了人工统计RQD和编纂岩芯柱状素描图等繁杂的工序,还降低了人为主观因素的不利影响。