低渗透岩石渗透率与孔隙率演化规律的气渗试验研究

低渗透岩石是地下石油和天然气储存、CO2储存、核废料处置的主要介质和地质环境,也是水利水电等工程建设中常见的一种复杂介质。利用河海大学与法国国家科研中心里尔力学研究所共同研发的低渗透岩石惰性气体渗透试验系统,以氩气为渗透介质,测试了3种低渗透岩石在不同围压作用下的有效孔隙率和气体渗透率的变化规律,分析和讨论了孔隙率和渗透率随围压的变化关系以及孔隙率与渗透率之间的函数关系。试验结果表明,对低渗透岩石,随着围压的增大,孔隙率和渗透率呈指数函数关系递减,试样BSE微观结构图像结果也表明了围压与孔隙结构的相关关系;在不考虑孔隙坍塌效应时,渗透率与孔隙率之间符合幂函数关系。     

锦屏一级水电站左岸边坡深部变形安全监测分析

锦屏一级水电站左岸边坡地质条件非常复杂,边坡稳定性问题十分突出,通过安全监测能得到该边坡在不同时间的真实状态并适合做长期稳定性评价.在分析了相关仪器的具体布置后,运用“水电工程高边坡安全监控分析系统”,对监测数据进行了提取分析和总结,得到了高边坡变形规律.结果表明,左岸边坡深部变形处于可控范围内,监测数据对后续的施工提供了及时、正确的反馈信息.其研究分析思路可供其他类似边坡安全监测工作参考和借鉴.     

滑坡堆积体降雨入渗过程物理模拟试验研究

降雨强度对滑坡坡面降雨入渗过程有显著影响,进而对滑坡变形稳定起着重要作用,孔隙水压力变化是降雨入渗诱发滑坡失稳的重要因素。为进一步探明降雨入渗过程与堆积体滑坡变形失稳破坏模式之间的内在关系,基于人工模拟降雨室内大型滑坡模型试验,研究了不同降雨强度下滑坡堆积体孔隙水压力变化与土压力的响应规律与变形破坏模式,揭示了降雨诱发滑坡变形破坏机理。结果表明:降雨入渗引起滑坡堆积体内孔隙水压力和土压力增加,且随着降雨强度的增大,滑坡体内孔隙水压力和土压力增长速率随之增大。堆积体滑坡变形破坏与孔隙水压力变化密切相关,滑坡堆积体内孔隙水压力随降雨历时的增加不断变大,进而基质吸力不断减小;滑坡体破坏区上侧会产生拉裂缝,下侧由于挤压作用出现土体隆胀,坡脚处会出现局部流土等现象。降雨强度大小与堆积体滑坡变形破坏模式密切相关,雨强大小为0.44 mm/min时,形成多级后退式滑坡变形破坏;雨强为0.57 mm/min时,滑坡体沿最危险剪切面发生大范围滑动破坏,并最终形成塑性流动。     

弹性介质模糊有限元控制方程的快速解法

线弹性模糊有限元方法是分析弹性介质体模糊特性对结构响应产生不确定性影响的有效方法。即使对弹性介质体而言,模糊有限元控制方程的求解时间问题也是困扰其推广应用的主要障碍。为获得可靠可行的模糊有限元控制方程的快速求解方法,在深入研究弹性介质体的模糊源特点基础上,提出当引起结构模糊特性的力学参数为单源模糊数时,可以利用单源模糊数的运算特点来求解模糊有限元的控制方程,进而利用合成运算求解结构的模糊位移和模糊应力的分布。推导了基于单源模糊数运算的弹性介质模糊应力和模糊位移的计算表达式。应用模糊有限元求解的区间解法和快速解法对算例进行比较分析,结果表明了快速解法的正确性。     

柱状节理岩体随机模拟及其表征单元体尺度研究

柱状节理岩体地质成因特殊,地质结构特点与常见岩体有很大不同,成规则或不规则柱状排列,其裂隙统计及节理的随机模拟方法也与常见岩体采用的方法不尽相同.根据白鹤滩水电站柱状节理岩体的地质构造特点及现场统计资料,以其中最为常见的一类柱状节理为例,引入Voronoi方法对其进行随机模拟,并将随机模型导入3DEC,生成三维随机柱状节理模型进行数值试验,得出其表征单元体(REV)尺度约为典型节理迹长的3～4倍.同时数值试验结果表明,平行于柱轴向(y方向)与垂直于柱轴向(x-z方向)的弹性模量及泊松比值相差较大,柱状节理显示有强烈的各向异性.x-z方向弹性模量及泊松比值相差较小,在REV尺度下可近似认为x-z方向材料性质相同,将柱状节理视为横观各向同性体进行计算和分析.     

基于改进粒子群算法CHPSO-DS的面板 坝堆石体力学参数反演

面板堆石坝堆石体力学参数反演优化问题是一个多变量、多约束的混合非线性规划问题,当正演过程用神经网络模拟器替代后,高效快捷的优化算法成为解决问题的关键.提出一种用以解决这一复杂优化问题的混合算法--混沌直接搜索粒子群(CHPSO-DS)算法.在改进的算法中,首先结合混沌优化思想对粒子群进行初始化,减轻粒子初始位置的选择对算法优化性能的影响;利用直接搜索法克服了粒子群算法后期搜索效率降低的缺陷,提高算法局部搜索能力.为证明该算法的优越性,同时将该算法与遗传算法(GA)用于水布垭面板堆石坝堆石体力学参数的位移反分析计算中.实践证明,利用CHPSO-DS算法搜索时能快速收敛到全局最优解,且算法具有较强的鲁棒性;两算法对比结果也表明,不论是优化精度还是收敛时间,CHPSO-DS算法都较GA有明显提高.最后利用CHPSO-DS算法反演的堆石体力学参数进行测点沉降预测,结果表明各个测点的计算位移值与监测值吻合较好,说明CHPSO-DS算法在复杂岩土工程位移反分析中具有良好的实际应用价值,值得进一步研究和推广.     

滑石板顺层岩质高边坡稳定性及加固措施研究

 针对两家人水电站滑石板顺层岩质高边坡工程地质条件的特殊性,研究该边坡在1996年地震过后降雨条件下的滑塌成因,滑石板边坡在侧滑面、底滑面已经非常明显以及后缘拉裂面基本可以确定的条件下,有2个基本问题需要明确：(1) 侧滑面和后缘拉裂带的贯通率;(2) 底滑面岩体力学参数的取值。2个基本问题的确定通过滑石板边坡历史上已滑塌区域的边坡失稳破坏过程来反演分析,并且与中国水电工程顾问集团公司贵阳勘测设计院现场勘测、岩石室内试验结果以及国内类似边坡工程的经验取值进行对比分析,寻找出最为合理的计算参数。在此基础上对边坡进行稳定性分析,由于边坡在非正常工况下存在滑塌的可能性,因此对边坡进行加固处理是必要的,通过对边坡加固位置的计算分析可知,对边坡底部进行加固处理不仅能够提升局部的稳定性,同时也能保证边坡整体稳定性。在此基础上设计了3种加固方案,对这3种加固方案进行计算分析,可寻找出最为经济合理的一种加固方案。     

三维地质建模技术在岩土工程数值模拟中的应用

地质问题本身的复杂性,使得三维地质建模成为制约岩土工程数值模拟发展的障碍之一.充分利用工程地质勘察的基本资料,根据所研究地质对象的空间形态和相互关系,以AutoCAD为平台,借助AutoLISP二次开发技术,进行AutoGAD三维地质模型的构建.探讨了建模过程中关于地表、地层以及软弱带等模拟的方法以及奇异单元的优化处理技术.最后,将此建模方法应用到实际工程中.结果表明,所建立的模型基本上保存了原地质体的信息,在网格规模一定时充分利用了地质体的控制信息,避免了建模过程中不必要的简化所造成的失真.     

复杂楔形体组合下的岩质高边坡稳定分析

金沙江白鹤滩水电站左坝肩下游岩质高边坡受多组楔形体组合,其在拱端推力下的稳定性及工程施工下对左坝肩岩体的影响,对该工程意义重大.探讨了基于三维可变形离散元和大变形拉格朗日有限差分法相结合的方法,从定性和定量分析的角度,分析了白鹤滩水电站左坝肩下游楔形体的破坏运动模式、先后解体顺序、拱端推力下及工程施工下的稳定性及对左坝肩岩体的影响.根据上述两方法相结合的数值分析结果(安全系数小于1.1),并结合现场工程地质评价,认为在自然边坡及蓄水条件下,左坝肩下游高边坡属于潜在不稳定边坡,需进一步研究.