各向异性裂隙岩体渗透系数计算方法探讨

针对岩体裂隙系统提出了计算各向异性渗透系数的方法，给出了使用有限差分法计算各向异性渗透系数的数值方法和差分单元渗透性的计算公式，并以实际裂隙网络系统资料为基础进行了该方法的应用探讨．该方法可以在已知裂隙网络的基础之上计算岩体的各向异性渗透系数．通过加密剖分网，它可以更好地消除裂隙非贯通性的影响，并可以处理裂隙充填等问题．此外还可以分析裂隙岩体渗透性随测量窗口尺度大小的变化，并进行其连续介质性质检查     

有效应力作用下单裂隙渗透规律的实验研究

通过对单裂隙试件进行的渗透性实验，提出了考虑岩石物性参数的渗透系数表达式，并根据实验结果建立了在有效应力作用下裂隙闭合量Δｂ与渗透系数ｋｆ和有效应力σｃ的关系式。这对深入研究裂隙渗流，简化有限元计算，解决工程实际问题具有一定的指导意义。     

用弹性波速计算正交各向异性岩体的裂隙张量

初步尝试了运用弹性波速确定岩体的裂隙张量;首先将岩体视为正交各向异性介质,基于裂隙岩体的应变体积平均,从裂隙引起的间断位移出发,导出裂隙张量与由裂隙引起的柔度张量增量之间的关系;然后根据正交各向异性岩体的波动理论,建立了岩体裂隙张量、等效弹性参数和弹性波速三者之间的相关关系。根据这些关系,给出了二阶、四阶裂隙张量的弹性波速计算过程。含裂缝水泥砂浆试件的试验结果表明,采用本文计算方法获得的裂隙张量基本能反映出裂隙的分布情况。     

岩体裂隙非饱和渗流试验系统研制及应用

摘　要: 为了准确测定岩体裂隙非饱和水力参数, 并揭示裂隙非饱和渗流特性及规律, 设计研发了一套裂隙非饱和渗流试验系统。该系统不仅可以实现真正意义上的岩体裂隙非饱和渗流, 而且使用高精密的柱塞泵、 电子天平、 压力传感器和回压控制系统等, 可确保试验的测量和控制精度。通过开展岩体单裂隙非饱和渗流试验, 初步阐明了单裂隙非饱和渗流的一些水力特性: 实际岩体裂隙相对于概化模型裂隙具有更大的束缚水饱和度, 而且由于薄膜水和孔角毛细水的存在, 当饱和度很低时, 非饱和渗透系数也较概化模型裂隙大。建立了毛细压力与非饱和渗透系数之间的试验关系, 通过对试验数据的分析提出了毛细压力-非饱和渗透系数的拟合公式, 根据与前人所建立的经验公式对裂隙吸水和排水过程拟合结果的对比可知, 本文公式的拟合精度高, 对于深入研究裂隙非饱和渗流具有一定的参考价值, 同时, 试验结果表明本文试验系统是准确可靠的, 可用于岩体裂隙非饱和水力参数的测定及非饱和渗流特性的研究。     

节理岩体损伤模型有限元分析

将岩体中固有的初始节理损伤考虑成宏观损伤场，通过引入损伤张量模拟岩体的多裂隙性。损伤张量由节理组的实测数据确定，并引入有效应力来计算节理岩体的力学效应。编制了损伤模型的平面非线性有限元程序，并采用损伤模型和常规有限元模型的有限元程序对某矿山边坡进行对比计算分析。结果表明，损伤模型有限元解析能反映节理岩体的各向异性。     

裂隙岩体渗流场与应力场耦合数学模型的研究

首先研究裂隙岩体中应力场改变对地下水渗流场的影响作用机理,推导出渗透系数k和给水度μ受应力影响的表达式,进而分析渗流场的变化,地下水的作用引起应力场环境变迁,导致裂隙岩体的渗透变形,在此基础上建立了裂隙岩体中应力场与渗流场耦合作用研究工作程式和具"点荷载"特征的等效连续介质耦合数学模型,并应用于一隧道工程实例进行了计算.     

复合形优化方法在石刻岩体渗流反演分析中的应用

岩体渗流反演分析可利用最优化方法来寻找一组反映客观岩体渗流的参数,其实质是求解带约束的最优化问题,而复合形是解决带约束条件的非线性规划问题的—种比较简单、且易于实现的优化方法,文章介绍了将它与岩体渗流有限元数值分析相结合的岩体渗流反演方法的基本原理及过程,并利用这种方法在大足县顶山石刻岩体渗流中得到应用。通过反演分析表明,宝顶山石刻区上层渗流介质的渗透系数为1.0014m d,降雨入渗量为1.0988×10-4m d,下层渗流介质的水平向渗透系数为44.994m d,竖向渗透系数为2.9472m d,具有明显的各向异性,计算结果符合实际。     

裂隙岩体温度-渗流耦合数值流形方法研究(研究生论坛)

在建立岩体裂隙岩体温度-渗流耦合微分控制方程的基础上,基于裂隙网络渗流理论和数值流形理论,通过分析考虑裂隙作用的温度场和流形覆盖与裂隙网络的关系,以裂隙网络节点水头、覆盖温度函数为求解量,提出了裂隙岩体温度-渗流耦合的数值流形方法。该方法利用数值流形理论中网格、覆盖及流形单元的关系,可以在同一数学网格下实现了对温度-渗流耦合场的迭代求解。由于渗流裂隙网络必定会与材料边界相交,所以数学网格不受边界及裂隙限制,能够有效的避免常规方法中裂隙处网格划分问题,因此该方法特别适合于模拟裂隙岩体的耦合问题。最后,运用该模型对部分算例进行了计算,验证了方法的正确性。     

岩体分形裂隙网络系统中水流动研究进展

以分形几何理论和岩体裂隙系统统计地质资料为基础,建立描述岩体裂隙网络系统几何特性的分形模型.考虑到裂隙长度、开度、位置和间距等几何参量的分形特性,建立基于Monte-Carlo模拟的岩体的裂隙网络系统模型随机生成方法.回顾了岩体裂隙网络系统几何参数的分形分布模型以及离散分形裂隙网络系统建模方法、单个裂隙以及裂隙系统水流动数值模拟方法和裂隙系统等效渗透系数估计方法.对岩体裂隙网络系统的分形几何结构进行研究,使得裂隙网络几何模型真实反映岩体裂隙的结构特征、水流动和溶质传输数值模拟模型更接近岩土工程实际原型、预测结果更加准确,在物理本质上揭示分形裂隙岩体水流动和溶质传输机理.     

浅谈钻孔压水试验在水电工程中的应用

岩体的完整性和渗透性对水电工程防渗排水系统的设计具有重要意义,而钻孔压水试验是通常用来测定裂隙岩体透水性的方法之一.考虑到裂隙岩体渗透特性的空间分布与其所在坝址区的地质条件、风化卸荷作用等密切相关,本文将以某水电站工程区裂隙岩体为研究对象,在已有地质勘察资料的基础上,采用压水试验和统计分析相结合的方法,进一步开展天然条件下无卸荷微新岩体和风化卸荷岩体渗透性特征研究,并评估钻孔压水试验在西南峡谷区水电工程中的重要应用.     

正交长迹线裂隙岩体REV存在性与裂隙平均间距探讨

裂隙岩体表征单元体的大小是岩体水力学特征的尺度效应的客观反映,表征单元体的性质也决定了岩体水力学参数选取的合理性和可靠性.在以理论推导和多元线性回归分析方法验证FractureToKarst软件可靠性的基础上,讨论了正交长迹线裂隙岩体表征单元体的存在性与裂隙平均间距之间的关系,以及表征单元体的合理尺寸,并利用统计学方法求解了表征单元体的渗透系数张量.     

含非贯通裂隙的三维岩体拓扑识别的切割算法

岩体中的裂隙是影响其物理力学性质的关键因素,对裂隙岩体进行拓扑识别,是各种不连续数值分析方法的基础.由于裂隙随机分布且数量巨大,使得裂隙岩体中的块体形状复杂、块体搜索难度很大.考虑裂隙分布的随机性及块体中的非贯通裂隙,提出了三维裂隙岩体拓扑识别的切割算法.首先,生成初始块体,并根据裂隙的统计数据随机生成其几何信息.然后,逐条加入裂隙面,通过其与已有块体的线段、多边形面的相对位置关系,进行拓扑计算,实现其对已有块体的切割,从而生成新的块体信息.最后,通过算例分析,对所提的切割算法的效率进行了验证.该方法能够快速、有效地实现三维裂隙岩体的拓扑识别,且能记录块体内部的非贯通裂隙,可以作为裂隙岩体非饱和渗流分析及裂隙扩展过程模拟分析的基础.     

节理岩体边坡水压分布的确定及渗透性各向异性对它的影响

利用有限单元法计算出了具有随机分布节理的边坡裂隙水渗流的水压分布,并且分析了节理岩体渗透性的各向异性对边坡内水压分布的影响。     

裂隙岩体水力劈裂的颗粒离散元数值模拟

利用颗粒离散元软件PFC2D从细观角度初步模拟裂隙岩体水力劈裂的发展过程,并分析影响水力劈裂的部分因素。研究结果表明,以初始裂缝尖端处的接触黏结破坏作为水力劈裂发生的标志,可以较真实地模拟裂隙岩体水力劈裂时裂缝的产生和扩展过程。数值模拟结果表明,初始裂缝的相对长度、岩体的渗透性以及水压力的加载速率等因素均对水力劈裂的起裂压力有较大影响。起裂压力随着岩体初始裂缝长度的增加、水压加载速率的加快而降低,随着岩体渗透性的增加而有较明显提高。这些规律与现有的理论和研究结果是一致的,从而验证了采用颗粒离散元模拟裂隙岩体水力劈裂的可行性。     

断续节理岩体弹性断裂理论研究

针对节理裂隙断续切割且稀疏分布的工程岩体,进行了系统的弹性断裂分析理论研究.首先,基于能量等效原则,推导了裂隙岩体材料在压剪和拉剪作用下的各向异性本构方程.其次,同时计及远场应力及裂隙面上的压力和剪切力,给出了压剪作用下裂隙尖端区域的应力场和应力强度因子,并考虑材料单元的有限性对应力强度因子进行修正.最后,基于最大周向拉应力准则,推导了裂隙岩体单元的压剪断裂判据.     

含一组贯通节理岩体强度的各向异性分析

节理岩体是一种连续和非连续介质共存的地质体,其强度具有显著的各向异性,为了研究岩体强度的各向异性特征,基于能统一处理连续和非连续问题的数值流形方法(NMM),编制弹塑性NMM计算程序,并对不同应力状态下,节理倾角和节理间距不同的岩体压缩试验进行数值模拟.计算结果表明:当节理倾角较小岩体不沿节理滑移破坏时,岩体强度仍会受到节理的削弱而降低;岩体强度-节理倾角曲线呈现出非对称的"勺形";岩体强度随节理间距变化曲线符合负指数函数变化规律;节理间距对岩体强度的影响具有各向异性;岩体强度的各向异性随着围压增大而减弱.通过对数值计算结果进行回归分析,基于新的节理分布参数,提出适用于含一组贯通节理岩体的强度预测模型.该模型综合考虑了节理倾角、节理间距和围压对岩体强度的影响,可更好地为地下工程提供技术支持.     

三维非均质岩体各向异性渗流场分析

通过对天生桥一级水电站引水系统非均质各向异性岩体渗流场的模拟计算，提出了三维非均质岩体各向异性渗流场的计算方法，并导出三维排水廓道边界的计算公式和三维自由水面边界的迭代方法，通过对不同参数对渗流场影响的研究和各种运行工况三维渗流场特征的分析，得出了三维各向异性渗流场的一些基本规律，为高压引水管道的设计，施工提供了合理的设计依据。     

裂隙水渗流潜水面迭代方法的探讨

针对裂隙岩体的渗流问题，引入潜水面单元的概念，探讨了裂隙网络中潜水面的迭代方法，并据此方法分析了潜水面的裂隙水渗流问题，证明该方法是可靠的。     

三维非均质岩体各向异性渗流场分析

通过对天生桥一级水电站引水系统非均质各向异性岩体渗流场的模拟计算，提出了三维非均质岩体各向异性渗流场的计算方法，并导出三维排水廊道边界的计算公式和三维自由水面边界的迭代方法．通过对不同参数对渗流场影响的研究和各种运行工况三维渗流场特征的分析，得出了三维各向异性渗流场的一些基本规律，为高压引水管道的设计、施工提供了合理的设计依据．     

杭州市粉土的各向异性室内试验研究

工程现场取得杭州市典型的粉土土样,用击实的方法制备重塑粉土试样,按与水平沉积面成不同夹角方向切取土样,进行标准固结试验、直剪快剪及渗透试验,从土体压缩变形、强度和渗透性能三个方面,对重塑粉土各向异性特性进行研究.结果表明:重塑粉土在变形、强度及渗透性三方面都表现出不同程度的、相互关联的各向异性,45°取样方向试样的压缩系数比0°和90°取样方向试样小,其强度与渗透系数也比其它两个方向小.因此,进行粉土地基的变形分析和强度计算时,应考虑各向异性的影响.研究结果对复杂加荷条件下粉土地基的工程实践有一定的参考意义.