二维裂隙网络溶质运移仿真模拟

将裂隙岩体渗流视为裂隙网络流,示踪剂质点在裂隙网络中运动。以岩体裂隙网络水流模型为基础,应用仿真模拟技术模拟裂隙网络中的溶质运移规律。提出了裂隙网络中质点的转移概率和运移时间的计算方法,编制了相应的仿真模拟程序。将已有的实验结果和仿真模拟结果进行了比较,结果表明:该方法具有较高的可靠性和广阔的应用前景,是解决裂隙网络中溶质运移模拟的有效方法。     

基于分形理论的裂隙岩体地下水溶质运移模拟

岩体裂隙面是粗糙不平的，具有分形特征。裂隙本身可以看成由上下两裂隙面叠合而成的，可以应用分形几何理论来模拟粗糙裂隙面和裂隙张开度的分布情况。在用分形理论模拟裂隙面及裂隙张开度的基础上，用特征有限元方法对粗糙裂隙中的溶质运移进行了模拟。模拟结果显示，考虑裂隙面的粗糙度，模拟其中的溶质运移更符合实际情况。与平均张开度下光滑裂隙中的溶质运移相比，粗糙裂隙中的浓度锋面更落后，而且存在不均匀性和各向异性的特点。     

裂隙介质溶质运移试验研究

介绍了自行研制的裂隙介质溶质运移试验测试系统,与国内外同类试验装置相比,该测试系统可以对不同尺寸的裂隙介质进行溶质运移试验,在裂隙介质中布设了测试流体压力、温度、浓度的传感器,可以对原样裂隙中各点的溶液浓度进行直接测量,以此来获得溶质在裂隙介质中的运移规律。应用该测试系统进行了NaCl示踪剂溶液在裂隙介质中运移的试验,并用解析–优化方法求解了裂隙介质中NaCl示踪剂溶液运移的水动力弥散参数。     

裂隙岩体渗流溶质运移耦合离散裂隙模型数值计算方法

研究裂隙岩体渗流溶质运移问题对于岩土工程地下水污染物预测控制具有重要意义。基于离散裂隙网络模型,采用实体单元模拟基质岩块、无厚度单元模拟复杂裂隙网络,提出了裂隙岩体渗流溶质运移耦合的三维数值计算方法。针对无反应项和含反应项两种情况,通过算例分析了单裂隙中溶质迁移行为,并与精细模拟方法、解析方法的结果进行对比验证;进一步将该法应用于预测大规模裂隙岩体溶质浓度分布规律及发展趋势,并评价了主要影响因素。结果表明,该法可有效模拟裂隙网络、基质岩块中水分溶质传输行为;由于贯通裂隙网络的优势流影响,溶质羽主要受控于裂隙水的对流作用,出现了高度非均匀分布现象;通过参数敏感性分析发现,相较于岩块基质的扩散作用,裂隙开度产生的对流作用是影响浓度场分布的主控因素。在保证精度的前提下,该法可大幅减小计算量和计算时长,对于解决含复杂裂隙网络岩体渗流传质的三维数值模拟问题具有明显优势。     

复杂裂隙岩体水–力耦合模型及溶质运移模拟

 在刚块弹簧法中引入非线性的裂隙本构关系,同时考虑裂隙法向的非线性应力变形关系、切向的剪切滑动以及剪胀效应,使得该方法可以较为真实地模拟裂隙开度在复杂应力作用下的变化。结合离散裂隙网络方法,建立采用隐式求解的复杂裂隙岩体的水–力耦合模型。该模型显式考虑裂隙存在,能很好地模拟裂隙网络在应力和渗流作用下的演化特征。在水力耦合达到平衡状态后,进行溶质运移分析,采用粒子追踪法模拟溶质在裂隙网络中随渗流的运移过程。根据所提出的模型编制相应程序,对DECOVALEX项目中的典型算例进行分析,研究不同应力条件对渗流以及溶质运移结果的影响以及不同应力条件下水力耦合的控制性机制。研究发现,低应力比条件和高应力比条件下对水力耦合作用起控制作用的分别是法向应力变形关系和剪胀效应。通过对比分析,验证模型的合理性。在此基础上,讨论高水头条件下考虑水力耦合效应的必要性。     

改进的随机步行法在溶质运移模拟中的应用

随机步行法是模拟裂隙网络中溶质运移的有效方法，传统的随机步行法是由给定的时间步长确定质点的新位置，时间步长的大小难以确定。对传统的随机步行法进行了改进，即由空间步长的大小来确定时间步长，避免时间步长确定的人为因素。通过算例，比较了传统的随机步行法、解析法和改进的随机步行法，结果表明，改进的随机步行法能更好地模拟裂隙网络的溶质运移，模拟的结果更准确。     

东北某企业地下水中挥发酚运移模拟

以东北某化工企业为主要研究对象,对该区域内的地下水进行了调查。作为典型案例,通过对该 场地区域内地下水的调查研究,分析其地下水中挥发酚类物质对环境的影响,在此基础上建立地下水数值模 型,预测挥发酚类物质的迁移程度。结果表明：该场地区域内地下水中污染物主要为挥发酚类物质;通过对厂 区内10a的溶质运移模拟,对比1,5,10a后的挥发酚分布情况,场地内的挥发酚并不会影响到下游流域;10a后,挥发酚的浓度集中在0.002～0.1mg/L,较现阶段发生了明显的降解效应。     

吸附模式及固结变形对溶质运移规律的影响研究

目前关于溶质在变形土体中运移规律的研究相对较少,但是荷载作用又是实际工程中必须考虑的因素。基于比奥固结理论和溶质运移理论,建立渗流场、应力场和浓度场耦合的溶质运移模型,并采用有限差分法对溶质在变形土体中的运移规律进行研究。此外,许多学者在研究溶质运移规律时,多数情况下采用线性吸附模式,但是细粒土对金属离子、有机物或者高浓度溶质的吸附多表现出较强的非线性,因此研究了不同吸附模式作用下溶质的运移规律。研究结果表明,固结变形对溶质的运移过程具有持久性的阻滞作用,导致了溶质运移深度的减小;吸附模式对溶质运移规律没有本质的影响,但是吸附模式对溶质运移的快慢有较大影响,并且随着运移时间的增加,吸附模式对溶质运移快慢的影响不断增大。     

基于Visual Modflow的地下水铜离子运移模拟研究

随着人们对环境保护的重视,地下水污染成为当今矿企亟待解决的问题。本文针对尾渣贮存场地下水污染现状,利用visual modflow软件建立场区地下水渗流模型。通过对20年长期观测孔的水位计算确定渗流区含水层的各项水文地质参数,使得模型更精确地反应实际情况。利用校正的水文地质模型,对未来30年内污染物中铜离子的迁移规律进行模拟,预测了研究区渗入地下水含水层的铜离子浓度较低,影响范围较小,为下一步地下水污染的防治提供了科学依据。     

开采条件下的地下水溶质运移规律的研究——以山东济宁漏斗区为例

数值模拟方法是评价地下水资源、模拟地下水水流和溶质运移的主要方法和手段之一。本次研究应用Visual MODFLOW建立了研究区地下水三维水流及溶质运移模型,并应用其中的MODPATH模块模拟了地下水中水质点的运移轨迹,分析了由于过量开采而形成地下水水位降落漏斗后,研究区地下水溶质的运移规律,提出了控制和改善地下水水质的方法。     

锦屏二级水电站隧洞群施工期地下水运移、影响 及控制研究

 富水区修建深埋长隧洞必然会破坏原有地下水系的平衡,进而对施工和周边水文地质环境产生不利影响。隧洞群开挖过程中,地下水的运移、影响及隧洞涌水量等研究是一个受多种因素影响的复杂的三维问题,依托锦屏二级水电站引水隧洞群工程,研究隧洞施工过程中山体内部地下水的运移情况,将目前进度下的分析结果和实际监测到的结果进行对比,验证了分析方法和结果的可靠性,在此基础上预测隧洞群贯通后地下水的分布状态,并分析其对工程区内的两大泉(磨房沟和老庄子泉)及当地居民生活用水的影响,进而研究并提出锦屏隧洞施工涌水的控制措施和控制标准,为设计、施工提供参考依据。     

过街隧道施工对地下管线影响的三维数值模拟

 采用三维有限元方法分析过街隧道施工引起的相邻地下管线变形和受力,研究路面、管线材质、管线埋深、管线与隧道轴线间距以及管线与土体弹性模量比等因素对地下管线位移的影响,并与实测值进行比较。研究结果表明：有限元模拟结果与实测值较吻合,略大于实测值;路面的存在使浅埋管线的位移变小、沉降槽宽度变窄;隧道开挖引起的管线水平位移远小于竖向位移;与隧道垂直管线的竖向位移和水平位移最大值与管线埋深基本呈线性变化,且随着管线与土体模量比的增大逐渐减小;与隧道平行管线的最大竖向位移和水平位移值均随管线间距和埋深之比(L/h)增大而减小,最大水平位移值与L/h值基本呈线性关系,最大竖向位移值在L/h＜10时迅速增大;管线最大拉应力和压应力均随着L/h值增大而减小,当L/h＜5时急剧增大,当L/h≥5时缓慢减小,且应力值比较小。     

深基坑桩锚支护侧土压力反分析及数值模拟

 为了得出实际作用于支护结构上的土压力大小和分布模式,基于现场监测数据,对土压力进行反分析研究。在对土压力反分析方法进行推导的基础上,结合某典型工程实测数据,得出反分析土压力;通过实测值与理论值之间的比较,对提出的反分析方法进行验证,并对反分析结果进行分析。运用FLAC软件对工程的支护和开挖过程进行数值模拟,并将护坡桩弯矩的数值模拟结果与实测值、基于反分析土压力的计算值进行对比和分析。     

地下开采上覆巨厚岩层断裂机制研究

 以巨厚岩浆岩下采矿工程为背景,运用弹性基础厚板理论研究巨厚岩浆岩下煤层不同开采阶段对上覆岩层的影响以及岩浆岩变形规律与破坏模式。研究结果表明：随着工作面的推进,覆岩逐渐垮落,岩浆岩下方开始出现离层;当作面推进到一定长度时,巨厚岩浆岩层的上表面的边缘中点处应力达到岩体抗拉强度而破裂;随着工作面推进长度的加大,中面长边中心点由于剪应力达到岩体的抗剪切强度而发生剪破坏,随后岩层的上表面的中点处应力达到岩体强度产生拉破裂,并向四周扩展,最后中面短边中心点由于剪切作用发生破坏。当工作面宽度加大时,开始出现破裂的工作面推进长度减小。     

土石坝心墙水力劈裂的数值研究进展

 总结国内外心墙水力劈裂的数值研究发展,主要成果体现在：(1) 数值分析法有总应力分析法和饱和土固结的有效应力分析法两种,而非饱和土固结有效应力分析法是一种新方法;(2) 利用数值分析法计算结果判断心墙水力劈裂发生条件时,总应力分析法判别标准更合适;(3) 数值分析法的发展,大大促进了心墙水力劈裂发生影响因素的研究。     

剪切过程中岩石裂隙的渗流与 应力–应变耦合分析

 首先，考虑不同法向应力，建立岩石裂隙剪切应力和剪切变形的关系，其中对裂隙的弹性矩阵进行修正，并用三段函数关系分别描述岩石裂隙剪应力与剪切变形的3个阶段：剪缩阶段，剪胀至峰值阶段以及残余抗剪强度阶段。然后，结合三阶段裂隙剪切变形与其开度的关系，应用复合单元法，建立剪切过程中岩石裂隙渗流与应力–应变的耦合机制，研究裂隙的剪切变形、开度、导水系数、渗流场和应力场的变化与相互关系。算例分析表明：当裂隙中“充填介质”的力学参数保持不变时，通过裂隙的流速也基本保持不变，不随剪切变形以及法向应力的变化而改变，但由于裂隙开度的变化，故通过裂隙的单宽流量也随之改变；法向应力越小，裂隙的剪胀效应越大，且岩石裂隙的剪切变形对通过裂隙的单宽流量的影响也越大。     

围岩中原始垂直地应力对圆形隧洞全长注浆 岩石锚杆应力分布模式的影响分析

 通过分析原始垂直地应力对圆形地下洞室塑性区半径、围岩体塑性区和弹性区内岩体的位移变化以及对锚杆应力分布的影响,揭示原始垂直地应力对锚杆锚固效果的影响。研究结果表明,弹性区内任一点的应力大小与垂直地应力有关,而塑性区内任一点的应力与原始垂直地应力无关;随着垂直地应力的增大,巷道塑性区半径也在不断增大,二者之间呈明显的非线性关系;塑性区的径向位移及隧洞壁的最大位移也随之增大。同时,根据围岩与锚杆的相互作用,建立全长注浆岩石锚杆在圆形隧洞围岩中的应力分布解析本构方程。在此解析模型的基础上,对不同垂直地应力作用下锚杆的应力分布模式进行较详细分析,得出随着垂直地应力增大,锚杆的摩阻力和轴向载荷也随之增大,并且锚杆端部的应力集中现象更加明显,当锚杆端部的摩阻力超过围岩的容许抗剪强度时,则锚杆与围岩发生开裂破坏,故在设计与施工中应予以考虑。最后,提出提高和改善由于锚头开裂导致锚固效果降低的方法,对全长注浆岩石锚杆施加垫板,能有效改善锚杆的锚固效果。