含不同倾角裂隙砂岩渗透性能试验研究

针对西南山区水电边坡破碎岩体的渗透特性问题,以锦屏左岸边坡砂岩为例,对岩石试样预制不同倾角的人工裂隙,使用岩石高压渗透仪对其在不同围压和不同渗透压条件下的渗透特性进行试验研究,并对试验取得的渗透系数进行统计分析。试验结果表明,随着渗透压从0. 1 MPa增加至0. 5 MPa,裂隙砂岩亲水矿物受到溶解和冲刷作用逐渐增强从而产生新的渗流通道导致渗透系数增加。围压从2 MPa增加至4 MPa,使得岩石内部的裂隙与孔隙受到压缩闭合,导致渗透系数减小。0°、30°和45°裂隙砂岩的整体渗透系数依次减小,裂隙倾角的增加改变了裂隙渗流通道与初始渗流方向以及围压之间的夹角,还减弱了渗透系数对于围压以及渗透压的响应。     

基于改进刚体弹簧方法的断续双裂隙砂岩强度及裂纹扩展特征研究

为研究含非共面双裂隙砂岩的强度及裂纹扩展特征,以室内试验结果标定砂岩细观参数,建立含不同岩桥倾角的双裂隙数值计算模型,采用改进刚体弹簧方法对其单轴压缩过程进行模拟。基于模拟结果,研究了岩桥倾角对起裂应力、峰值强度、破坏模式和裂纹扩展特征的影响。结果表明:岩桥倾角60°,起裂应力和峰值强度均随岩桥倾角增大而减小,岩桥倾角60°,均随岩桥倾角增大而增大;根据岩桥倾角不同,裂隙试样破坏模式呈现单一翼裂纹轴向贯通破坏、翼裂纹与翼裂纹搭接贯通破坏和翼裂纹与预制裂纹搭接贯通破坏3种类型;岩桥倾角对岩桥破坏程度有影响,60°岩桥贯通最易,0°和120°岩桥贯通最难。研究结果可为岩土工程的稳定分析提供参考。     

裂隙岩体渗流模型及渗流参数的现场试验研究

裂隙岩体渗流常受控于主干渗流通道，表现出明显的分类、分带和分级性。以裂隙渗流主通道为骨架，以各向异性连续体渗流为基础的双重介质渗流模型较适合裂隙岩体诊流。针对拉西瓦工程花岗岩体渗流特点，综合样本单元体积理论研究，提出了以吸水率为裂隙网络渗透能力的特征量，分类划分两种模型，分带、分级地生成渗流网络的方法。并以导水系数和渗透张量为工具，利用改进了的气压或水压止水胶囊三段压水器，摸索了在同一钻孔中分别对主干渗流通道及合裂隙岩体测试渗流参数的双重介质同孔渗流参数测试法。     

X型裂隙破裂试验及数值模拟研究

为研究交叉裂隙对类岩石试样的物理力学性质的影响,制备了与岩石物理力学性质相似的类岩石材料,并对含不同角度主次裂隙的标准立方体试样进行单轴压缩试验,得到试样最终破坏模式及应力-应变曲线,同时利用RFPA对其进行了数值模拟研究,得出研究结果,可为认识水工裂隙岩石破裂规律提供参考。     

裂隙-管道介质泉流量衰减过程试验研究及数值模拟

岩溶多重介质含水系统泉流量特征的研究对岩溶水资源的开发利用具有重要的指导意义。利用自主研发的裂隙-管道介质物理模型,模拟岩溶裂隙-管道介质的泉流量衰减过程,设计多组试验探讨不同因素对泉流量衰减过程的影响。试验结果表明,衰减过程随释水介质的变化分为3个亚动态;衰减系数的大小主要受泉口大小、补给状态、含水介质初始蓄水状态的影响。基于物理试验结果,通过Visual MODFLOW软件结合等效渗透系数法建立符合物理模型机制的水流数值模型,对数值模型进行参数灵敏度分析,研究模型内部结构对泉流量过程的影响。结果表明,排水沟的综合水力传导系数对泉流量过程影响最大,垂直层面裂隙等效渗透系数的影响次之,管道等效渗透系数的灵敏度再次之,泉流量过程对层面裂隙等效渗透系数最不敏感。     

石英砂岩及粉砂岩地层灌浆试验技术研究

西部某水电站坝址地层渗透性大,两岸地下水位平缓,勘探钻孔没有揭穿相对隔水层,相对隔水层埋藏很深,坝址勘探线q≤3Lu埋深在90m~230m,防渗加固处理工作量大。进行灌浆试验研究分析对坝址灌浆效果、优化灌浆方案、选定灌浆参数、加快施工进度等十分重要。拟对该区域石英砂地层及粉砂岩夹泥质砂岩地层灌浆试验技术方法进行论述。     

岩石裂隙中水流脉动压力传播的数值模拟

为了分析网络结构对裂隙水体内脉动压力传播规律的影响,引入蒙特卡罗模拟方法,通过数值模拟得到与天然裂隙网络在统计上相似的仿真裂隙网络,以此作为裂隙水的赋存空间,建立一维瞬变流模型,对脉动压力在裂隙网络中的传播进行数值模拟,得出裂隙水中脉动压力传播的非定常时间过程,以及裂隙网络中压力脉动强度的空间分布云图。模拟结果表明,岩体裂隙网络中脉动压力的传播具有显著的各向异性,裂隙中各点的瞬时脉动压力是由该点所衔接(尤其是直接衔接)的裂隙线元的水力瞬变作用以及裂隙入口干扰源、裂隙末端反射源三者共同作用的结果。     

大足石刻砂岩模拟裂隙灌浆试验

裂隙渗水是导致世界文化遗产大足石刻文物破坏的一个重要因素。将一种无机环保的改性偏高岭土灌浆材料拟用于大足石刻保护工程,为研究该新型材料的可灌性,进行了室内模拟裂隙灌浆试验。通过石刻砂岩岩板控制裂隙的张开度,着重研究此种材料不同水灰比的浆液在不同灌浆压力、灌浆时间下的灌浆过程及浆体进入裂隙的最小宽度。试验表明浆液能进入的裂隙最小宽度值与水灰比、灌浆压力和灌浆时间均有关;水灰比是控制浆液可灌性的首要因素,而压力的提高并不能显著提高灌浆速度;提高水灰比、灌浆压力及灌浆时间均可改善细小裂隙的灌浆效果。     

基于工程岩体内摩擦系数等效模型数值试验

岩体是由许多结构面组成的复杂结构体,受到剪切破坏时常有裂隙产生。为了研究裂隙岩体在滑落时的规律,深入讨论工程岩体内摩擦系数等效参数,基于摩尔库伦强度准则,假定最小主应力与最大主应力σ1～σ3为线性关系,以内摩擦系数为核心推导摩尔库伦强度准则情况下的等效模型。在此基础上,利用ABAQUS有限元分析平台,嵌入所提的等效模型,模拟试验中不同倾向、倾角的楔形块体滑落时的状态,深入讨论和分析了相关参数,并与实验室模型试验结果进行比较,得出所提等效模型可用于表征裂隙力学特性分析,验证了该模型适用裂隙岩体稳定性分析的结论。更多还原     

不同倾角层状砂岩单轴压缩及数值模拟试验研究

地下层状岩体存在节理、断层等结构面,层状岩体是许多基础设施和地下工程的载体,层状岩体具有明显的各向异性。为探明具有不同结构面倾角岩石的力学性质和破裂模式对水利裂缝扩展的影响,人工制作不同角度结构面的岩石模型,并开展单轴压缩试验和ＦＬＡＣ3Ｄ数值模拟对岩样进行破裂模式和力学参数各向异性分析。结果表明当结构面倾角为0°时,试样发生劈裂破坏,宏观破裂面沿着结构面,结构面主导岩石的破坏模式;倾角为15°、30°和45°时,试样由劈裂张拉破坏逐渐转换为剪切破坏,宏观破坏面主要沿节理面发生,节理主导岩石破坏的作用开始逐渐削弱。倾角60°、75°和90°时,裂缝会穿过结构面,宏观破裂面不沿着节理层面。相同角度的饱水模型的单轴抗压强度明显降低,随着节理面倾角的减小,岩石单轴抗压强度出现先减小再增大的现象,图像趋势为“勺”形。研究结果可为矿区水力裂缝扩展趋势、岩层失稳破坏风险评估提供参考。     

裂隙溶洞对隧道围岩稳定性的数值分析

为探究不同充水条件下裂隙溶洞对隧道开挖过程中围岩稳定性的影响,利用RFPA渗流版数值软件对不同裂隙溶洞充水条件下隧道开挖过程进行数值分析.研究表明:裂隙溶洞中水压的存在对围岩稳定性的影响显著,水压在3MPa以下时,随着水压的增大,隧道围岩破坏程度越大,破坏速度越快,渗流路径越复杂,发生的突水灾害越严重.水压的存在影响着隧道围岩破坏过程能量演化规律,当裂隙溶洞中存在低水压(0MPa、1MPa)时,围岩破坏释放的能量表现为平缓-激增-平缓-激增的演化规律.当裂隙溶洞存在高水压(3MPa)时,围岩破坏释放的能量表现为平缓-激增的演化规律.研究结果对岩溶地区隧道施工过程中突水、危石垮塌灾害防控具有指导意义.     

裂隙岩体渗流网络生成及渗流特性现场试验研究

本文以拉西瓦水电站工程为对象，针对裂隙岩体的典型裂隙网络渗流和壳状渗流结构特点，利用同位素测试及双重介质同孔渗流参数测试法，建立了适合拉西瓦渗流网络，提供了双重介质相应渗流参数。     

宜昌砂岩轴压致裂和人工裂纹下的渗流试验研究

对受压缩荷载致裂的宜昌地区砂岩，通过试验研究轴压、围压、裂隙几何尺寸和岩性等因素对渗流量的影响。对于压裂的泥质砂岩，当裂隙的深度(对应受力面积)与开度的比值越大时，试件的渗流量受围压的影响就越大，轴压与渗流量成非线性关系；对于钙质砂岩，其流速随围压的变化显得波动很大，规律性较差，而在一定的围压作用下，轴压与流速呈二次抛物线的非线性关系；对于钙质粗砂岩，围压越大，其渗流流速与轴压的关系越是接近于直线。为加深认识，与无填充人工切割裂隙和填充人工切割裂隙的渗流成果进行对比分析，研究表明：无填充人工切割裂隙的渗流量与轴压呈线性关系主要是由于渗流断面积过大引起。填充人工切割裂隙的渗流试验表明，砂粒在没有冲紧密实之前其渗流量测量数据是没有可重复性的，不但受到轴压的加载路径影响，还受到围压的加载路径影响。充填密实后，人工裂隙中有砂充填时，轴压和流速仍呈线性关系。对砂岩轴压产生的裂纹， 0Mpa到1Mpa的过渡过程中，渗流量迅速衰减(二次项系数衰减达21/22),衰减量远大于有砂粒填充的有一定开度的人工节理。分析指出：在卸荷引起的长久存在的拉应力区中的垂直于拉应力作用方向的裂隙渗流的能力将远大于裂隙面被压应力挤紧的裂隙渗流速度。     

宜昌砂岩轴压致裂和人工裂纹下的渗流试验研究

对受轴向压缩荷载致裂的宜昌地区砂岩,通过试验研究轴压、围压、裂隙几何尺寸和岩性等因素对渗流量的影响。对于压裂的泥质砂岩,裂隙深度(对应受力面积)与开度比值越大,试件的渗流量受围压影响就越大,轴压与渗流量呈非线性关系;对于钙质中细砂岩,其流速随围压的变化显得波动很大,规律性较差,而在围压恒定时,轴压与流速呈二次抛物线的非线性关系;对于钙质粗中砂岩,围压越大,其渗流流速与轴压的关系越接近于直线。与无填充人工切割裂隙和填充人工切割裂隙的渗流成果进行对比分析,研究表明:无填充人工切割裂隙渗流量与轴压呈线性关系,主要是由于渗流断面积过大引起。填充人工切割裂隙的渗流试验表明,砂粒在没有冲紧密实之前其渗流量测量数据是没有可重复性的,不但受到轴压的加载路径影响,还受到围压的加载路径影响。人工裂隙中有砂充填密实后,轴压和流速仍呈线性关系。对砂岩轴压产生的裂纹,在0~1MPa的过渡过程中,渗流量迅速衰减(二次项系数衰减可达21/22),衰减量远大于有砂粒填充的有一定开度的人工节理。     

软砂岩细观及力学特性试验研究

为了更好地探究软砂岩的工程特性,通过实验研究了软砂岩的细观结构、裂隙分布和矿物成分;同时研究了其在压缩条件下的应力应变响应。首先通过X衍射实验得到矿物成分频谱并对其计算得到矿物成分及部分矿物的相对含量;其次通过对岩样薄片的电镜扫描照片观测了岩样破坏前后的微观结构;最后通过压缩试验研究了不同围压下软砂岩的应力-应变特征及破坏形式,分析了应力-应变变化规律。     

膨润土改性黏土中裂隙扩展规律的试验研究

作为垃圾填埋场防渗系统中常用的改性材料，膨润土可能对压实黏土中裂隙的形成产生重要影响，从而影响衬垫的防渗性能。为此，对膨润土改性黏土和天然黏土在干湿循环条件下裂隙扩展规律进行研究。结果表明，较宽的裂隙在湿化后不能完全愈合，干湿循环使土样产生了不可逆的变化。改性黏土在首次脱湿的裂隙面积率、长度比约为天然黏土的3倍和2倍，二次脱湿的裂隙面积率、长度比约为天然黏土的4倍和3.7倍。改性黏土二次裂隙的面积率、长度比约为一次裂隙的1.6倍和1.8倍。膨润土和干湿循环次数对裂隙宽度的影响相对较小。     

考虑水流温度影响的三维岩体裂隙网络非稳定渗流场数值分析

水流温度对裂隙岩体中渗流场分布规律的影响是岩体水力学研究的热点问题。在分析水流温度对裂隙水流影响机理的基础上,建立了考虑水流温度影响的岩体裂隙渗流场数学模型,采用有限元法对其进行数值求解。研究结果表明：考虑水流温度影响较不考虑水流温度影响的渗流场水头值普遍偏高;水流温度对渗透系数的影响在水流温度影响渗流场分布的过程中起主导作用;裂隙宽度越大,水流温度对裂隙渗流场的影响越明显。     

考虑裂隙迹长和开度相关性的随机裂隙网络数值模拟及渗流分析

基于蒙特卡罗法,引入裂隙迹线长度和开度的相关性函数,提出了一个改进的随机裂隙网络生成算法。利用MATLAB平台编制程序,实现二维裂隙网络的生成,通过与布尔模拟生成的真实裂隙场的比较,验证了改进算法的有效性和程序的正确性。然后借助离散裂隙网络渗流模型对生成的裂隙网络进行渗流分析。分别在考虑迹长开度相关性和不考虑二者相关性的条件下,计算了随机裂隙网络的渗流场,给出了下游边界出口裂隙流量分布和裂隙网络内部水压力的分布。计算结果表明,考虑裂隙迹线长度和开度的相关性能很好地反映裂隙网络渗流的结构特征,从而证明了所提方法的合理性。该模型是对随机裂隙网络模型的有效补充,可为岩体工程渗控分析提供理论基础和数值计算工具。     

基于ＢｌｏｃｋＤｙｎａ的裂隙岩体压水灌浆规律数值模拟研究

采用块体动力学分析系统（ＢｌｏｃｋＤｙｎａ）中的渗流模块,对裂隙岩体中的压水灌浆规律进行了数值模拟。采用达西渗流模型描述压水过程,采用宾汉渗流模型描述灌浆过程,分别探讨了裂隙数量、裂隙开度对压水吕荣值及灌浆注入量的影响规律。计算结果表明,随着裂隙数量、裂隙开度的增大,吕荣值及浆液注入量均呈现逐渐增大的趋势。裂隙开度对压水吕荣值的影响是二次方关系,裂隙条数是一次方关系,裂隙开度对压水吕荣值的改变更为敏感。由于裂隙随机性及浆液进入截止开度等因素的影响,使得浆液最终注入量会出现局部反常现象。     

永城电厂水源地裂隙岩溶水的数值模拟

通过对永城电场水源地地质条件物理模型的概化,确定适合该区的数学模型,对原始状态及不同开采量情况下地下水位进行了模拟,从而确定了该区裂隙岩溶水的允许开采量。