基于GMS的红崖山隧道渗流场分析与涌水量预测

以云南省昭通市红崖山隧道为研究对象,通过对隧址研究区地勘资料分析与研究,利用谷歌移动服务(GMS)建立了红崖山隧道地下水渗流三维数值模型。隧道在完全开挖未封堵情况下,分析不同水力传导系数下的地下水水头等值线的变化过程及规律,结果表明随着隧道水力传导系数不断增大,隧道周围呈现左边水头逐渐减小右边水头逐渐增大的趋势;利用MODPATH模块在可能发生突水危险的隧道洞段设置粒子追踪井,分析粒子在不同涌水量下的迹线,反演出隧道涌水对地下渗流场影响范围,随着隧道突水点涌水量的不断增加,影响范围由“束”状逐渐向“扇”状变化,不断扩大;并采用数值模拟法、大气降雨入渗法和地下水径流模数法进行涌水量预测为隧道后续排水设计及施工组织管理提供可靠依据。     

隧道涌水量基于MODFLOW中DRAIN模块水力传导系数取值探析

目前Visual Modflow已广泛地应用于隧道涌水的模拟,Drain模块中的水力传导系数是一个综合系数,但没有可参考的取值范围。从排水沟水力传导系数对隧洞涌水量引起的变化入手,通过C值的不同取值范围,利用模型计算出的涌水量与真实涌水量进行对比,发现当水力传导系数取值在一定范围内时计算出的涌水量最接近施工时隧道的真实涌水量,以此为Drain模块中水力传导系数的取值作一个经验参考。     

水位骤降条件下粘土边坡渗流特征分析

水库库岸边坡的稳定性对于水库的蓄水量和当地水文环境的影响显著,文章采用GEOSTUDIO数值模拟软件中的Seep渗流计算模块,对水位骤降条件下的库岸粘土边坡工程在高低水位变化时的边坡渗流特征进行了研究。结果表明水位骤降前后水压和压力水头均随边坡体的深度增大而增大,水位变化前后的水力传导度和体积含水率均随土体水压的增大而增大,水在土体中具有良好的渗流作用。研究结果可为类似水位波动条件下的库岸边坡工程的渗流特征提供参考。     

基于ABAQUS的土石坝防渗墙渗流稳定性研究

为了研究双排防渗墙的防渗效果,基于数值模拟,分析防渗墙间距、嵌入深度及渗透系数对大坝渗流稳定性的影响。结果表明,大坝防渗墙的防渗系数对防渗效果有重要影响,防渗墙的渗透系数大于10^-7cm/s,随着主副墙渗透系数比值的增大,防渗墙的折减水头梯度变大;墙体防水帷幕未插入基岩时,主副墙的帷幕深度对坝基渗流稳定性影响较大。主墙水头折减和水力梯度随着帷幕深度比值增大而增大。主副墙的帷幕插入新鲜基岩,主防渗墙的最大水力坡降为92.9,副墙最大允许水力坡度为75.6,采用副墙下接帷幕深度10m和主墙下接帷幕深度50m的设计方案可以满足防渗要求。     

隧道涌水量预测的研究

论述了利用地下水动力学法和模糊数学方法预测隧道涌水量。如果给出施工前和施工初期水文和工程地质参数资料,就可利用地下水动力学中的经验公式,预测隧道涌水量以及涌水量变化过程,该法可以用于指导隧道的总体设计及施工。根据影响隧道涌水量的主要因素,提出运用模糊贴近度预测隧道涌水量的理论,根据计算结果,证明该法预测结果具有一定的参考价值。     

某水电站引水隧洞突水数值模拟

 离散元软件 UDEC 可以用来模拟裂隙岩体的开挖以及进行水力全耦合分析。采用 UDEC 来模拟裂隙岩体开挖后在水力耦合作用下渗流流量与其对应水压力的变化过程并预测可能发生的突水灾害。结果表明开挖洞室以后,在围岩渗流与应力耦合作用下,围岩中裂隙隙宽、裂隙中水压及其渗透流量三者相互作用、相互依赖。裂隙隙宽的减小使得结构面水力梯度变大,作用在裂缝上的渗透压力增大,促进导水裂缝扩展,裂隙连通性增加。裂缝隙宽增大,渗透能力增强,渗流量增大,其渗流压力相应降低。在一定条件下,裂隙隙宽的改变可导致局部水力通道的形成,高压水头从局部涌出,从而促进突水灾害的形成。西南某水电站在深部裂隙岩体中开挖引水隧洞,该处地应力高且外水压大,容易引起突水灾害,对其进行了突水数值模拟,提示了一些可能发生突水的位置。     

富水岩层隧道区域涌水量预测方法及工程应用

为预测穿越富水岩层区域隧道的涌水量,依据工程实例提出随机性数学模型和确定性数学模型进行涌水量预测的方法。通过理论解析公式和数值解等确定性数学模型对比分析隧道单位长度涌水量,并讨论了围岩渗透系数、隧道半径、地下水位高度、隧道含水层厚度对隧道涌水量的影响。研究表明,除佐藤邦明公式外,各影响参数有较强的敏感性。单位长度涌水量随各影响因素的增大而增大,数值解的增长趋势最为显著,佐藤邦明公式的增长趋势最不明显。研究成果可为富水区隧道突涌水灾害治理提供理论支持。     

基于离散单元法的裂隙岩体渗流与应力耦合作用机制研究

采用UDEC离散单元法中关于裂隙岩体开挖模拟及水力全耦合分析模型,分析裂隙岩体洞室开挖后,围岩应力与水力耦合作用导致的裂隙隙宽变化及渗流变化的过程。结果表明：洞室开挖完成后,在围岩渗流与应力耦合作用下,围岩中裂隙隙宽、裂隙中水压及其渗透流量的变化是一个动态过程,且相互作用与相互依赖;裂隙的闭合使得结构面水力梯度变大,作用在裂缝上的渗透压力增大,促进导水裂缝扩展,裂隙连通性增加;裂缝张开度增大,渗透能力增强,渗流量增大,其渗流压力相应降低;由于围岩中裂隙隙宽、压力和渗流量的动态依赖性,在一定条件下,裂隙隙宽的改变可导致局部水力通道的形成,高压水头从局部涌出,从而促进突水灾害的形成。研究成果初步表明了所采用方法的有效性,并为研究裂隙岩体中开挖洞室引起的突水问题提供了潜在的研究方向。     

优化渗流和水平管流耦合的辐射井结构

基于新疆阿克苏台兰河流域非稳定流抽水试验,以辐射井为研究对象,考虑到辐射管内的水头损失,根据辐射管内的不同流态,建立渗流和水平管流耦合的地下水流动数值模型,模拟结果和实测数值比较吻合。同时利用所建立的数值模型,分析在阿克苏台兰河流域水文地质条件下定降深情况下辐射井与普通井、辐射管不同根数、不同长度的涌水量,以便优化辐射管的结构,使之达到辐射井最佳的涌水量。     

重庆兴隆隧道在流固耦合作用下围岩稳定性研究

兴隆隧道位于重庆市渝北区，由于位于重庆的特殊地理位置，无论水库是否处于丰水期，隧道 下穿水库区段，存水量始终保持稳定。根据流固耦合原理，利用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｙｐｈｙｓｉｃｓ有限元软件对隧 道不同位置所承载的压力进行数值模拟计算。在现场实际测量结合公式计算得到隧道下穿水库段涌水 量，根据涌水量及水头高度得到隧道不同位置的受力情况，模拟结果表明在拱底位置围岩受力最大，其 次是拱腰处，受力最小为拱顶处。随着时间步的增加，不同位置的压力变化速率相同。并且对于水头高 度进行参数分析，发现随着水头高度的增加，隧道的受力增大。     

基于ANSYS的某湖堤渗流场模拟分析研究

以某湖堤为工程对象,利用ANSYS有限元数值分析平台,分析该湖堤渗流场模拟结果。研究表明,堤坝稳定渗流场中存在吸力水头,集中在坝顶面,最大吸力水头达4.625 m,坝身孔隙水压力水头平均值为7.8 m,坝基处孔隙水头压力最大,达9.6 m。降雨强度影响初始流量边界条件,降雨强度增大,吸力水头增大,渗流场活跃度增大。未有降雨时,降雨入渗与非入渗两种工况模拟结果一致,当降雨量增大,离差值增大,且离差值表现总滞后于降雨期,降雨影响持续时长达57.4 h,后趋于收敛平静。以下降期水位为初始边界条件的模拟结果相对误差更小,长历时变化更稳定,仅有54%波动,渗流模拟结果更快收敛。以期为利用数值模拟分析软件研究堤坝渗流场提供一定的参考依据。     

岩体粗糙裂隙网络渗流分析的子单元法

岩体粗糙裂隙的细部特征对区域整体渗流分析影响很大,以往渗流分析往往没有考虑粗糙裂隙细部特征以及其对整体渗流分析的影响。提出子单元法来分析岩体粗糙裂隙网络渗流,则可以较好的分析上述影响。子单元法将每一裂隙当成一个单元,裂隙内部则分成若干子单元,裂隙单元的总体水力特征受所有的子单元联合作用控制,而细部水力特征由单一子单元体现。根据单裂隙开度分布统计规律模拟裂隙开度分布,将单裂隙等长分段(子单元),根据模拟开度参数求得裂隙中任一子单元的平均隙宽,进一步推导裂隙的单宽流量公式和子单元结点的水头公式。利用岩体裂隙网络渗流理论,结合粗糙单裂隙等宽流量公式,求得各裂隙结点水头,进一步求得裂隙的单宽流量,进而求得裂隙子单元水头和流速。通过分析可得粗糙裂隙网络渗流与平滑裂隙网络存在明显不同:(1)裂隙网络中任一裂隙单宽流量计算公式不同,粗糙裂隙的等效水力隙宽小于平均隙宽;(2)裂隙内水头分布形式不同,光滑裂隙呈直线状分布,而粗糙裂隙呈阶梯状分布;(3)组成裂隙网络渗流传导矩阵的计算公式不同,粗糙裂隙网络考虑了裂隙细部水力特征对渗流的影响;(4)粗糙裂隙子单元法考虑了裂隙开度分布不均匀对裂隙过流能力的影响,更加合理。本研究可为实际工程提供参考。     

基于球状井非稳定井流理论的管涌流场分布研究

渗流场分布确定是管涌研究的基础与关键。双层堤基管涌时土体破坏范围仅局限于管涌口周围,且在管涌口形成后土体中的渗流场会经历一个动态的变化过程。基于此,将管涌口概化为半球状的涌水井,结合非稳态渗流方程和叠加原理,对定水头条件下双层堤基管涌口形成后地层中的流场分布进行了研究,得到了管涌口形成以后的渗流场分布。通过算例,研究了管涌口形成以后堤基内水头以及水力梯度随时间的变化规律;通过与稳定条件下完整井流的对比,得到了球状井与完整井条件下水头与水力梯度的分布规律。研究表明:管涌口形成时的非稳定渗流是造成细砂突涌的重要原因之一;利用稳定完整井条件下的渗流场分布进行管涌判别时,会明显夸大管涌的发生范围。     

基于数值法和解析法的矿坑涌水量预测对比分析

在矿山开采过程中会存在矿坑涌水,为了使矿坑涌水得到合理的利用与疏排以及防止突水事件发生,需要对矿坑涌水量进行预测。以安徽省涡北煤矿为例,使用数值法与解析法分别预测其开采中产生的涌水量,并对两种方法预测结果进行分析比较。对数值法的应用是根据矿区水文地质条件,利用Modflow软件对矿区地下水进行模拟计算;解析法则主要依据地下水动力学的研究,使用解析公式计算矿坑涌水量。结果表明,两种方法都是合理的,这两种方法的结合增加了矿坑涌水量预测的可靠程度,可相互佐证。     

向家坝坝基排水孔涌水量控制标准研究

为实时监控坝基的渗透安全性,向家坝水电工程采用了坝基扬压力和涌水量可实时调控的坝基渗流自动化控制系统。排水孔涌水量控制标准是系统运行的关键指标之一。在对左非3坝段坝基渗流实测资料分析的基础上,采用渗流数值分析方法全面研究了左非3坝基扬压力和水力梯度分布特点,获得了坝基排水孔出流控制涌水量与孔口控制压力之间变化关系。依据排水孔控制涌水量与控制孔口压力之间的函数关系,结合坝基扬压力设计值和控制水力坡降的要求,提出了向家坝坝基可控抽排系统涌水量标准,并成功应用于工程实践中,取得了预期效果。     

基坑坑底隔渗体局部缺陷下渗流量计算及敏感性分析

基坑开挖过程中采用坑底旋喷隔渗体加固是降低地下水渗流对基坑影响的重要手段。一旦隔渗体出现局部缺陷,地下水将涌入基坑,影响施工,甚至会诱发突涌事故,威胁施工安全。针对矩形基坑坑底隔渗体出现局部缺陷的情况,建立了简化的坑底隔渗体缺陷渗水量计算模型,导出了渗流量计算公式;应用GeoStudio有限元软件对坑底隔渗体局部缺陷下的基坑渗流场进行了数值模拟,并与理论计算结果进行了对比分析,探讨了公式的适用条件。结果表明：隔渗体缺陷抗渗系数δ(原状土与缺陷处的渗透系数之比)是影响公式准确性的主要因素,随着δ的增大,公式计算值与模拟值之间的相对误差呈减小趋势,当δ≥20时,计算值与模拟值基本吻合,隔渗体底部水头差异对渗流量影响较小;δ<20时公式计算值误差偏大,通过经验方法对理论公式进行修正后得到半理论半经验公式,能够较好地降低因隔渗体底部水头差异引起的渗流量计算误差。研究结果对于基坑坑底涌水量计算以及隔渗体质量分析等有一定的参考价值。     

开孔率对多孔管压力水头分布规律的影响分析

多孔管的压力水头分布规律是多孔管水力性能的重要研究方向之一。通过采用室内试验与理论分析相结合的方法,研究了在平坡条件下,开孔率对多孔管压力水头分布规律的影响情况。试验结果显示:在平坡条件下,多孔管沿程压力水头的变化范围随着开孔率的增大而增大,多孔管的末端压力水头随着开孔率的增大而减小。利用水力学有关知识,采用达西-威斯巴赫公式,经过理论分析发现,当孔间距变化引起开孔率增大时,多孔管的沿程压力水头是减小的。经过分析证明,试验结果与理论分析结果一致。     

复杂岩溶区深埋长隧洞涌水量预测分析

涌突水是深埋长隧洞施工中最为突出的地质灾害之一,尤其是在岩溶发育地区,做好涌水量预测分析是保证施工安全的前提。以滇中引水工程某深埋长隧洞为例,基于地下水模型系统软件GMS,并结合隧洞穿越段地下水含水介质特性、岩体水文地质结构、地下水流动系统特征、地下水化学及其环境特点,建立了三维渗流场数值模型,经与传统经验公式相比较,对计算结果的差异性进行了分析,验证了数值计算方法的可行性。最后利用该模型对隧洞施工期不同工况下的涌水量进行了预测分析,并对周边地下水的影响进行论证,为工程设计和施工提供了科学的参考依据和技术支撑。     

某富水断层对隧道稳定性及涌水影响敏感性分析

以武九高楼山公路隧道突涌水灾害为研究背景,针对其以断层破碎带为主控因素的隧道围岩稳定及突水问题展开调研和数值分析研究,以期为突涌水治理措施的制定提供参考。基于ＦＬＡＣ３Ｄ有限差分法及流固耦合分析原理,研究了隧道埋深Ｈ、地下水位高度ｈ、围岩级别Ｓ、侧压力系数Ｋ０、断层宽度Ｗ、断层与隧道相对间距ｄ／Ｄ、断层与水平面夹角θ等７个因素对隧道围岩稳定性及涌水量的影响规律,并基于公路隧道规范中建议的隧道相对收敛变形及涌水量等级,对围岩稳定性及涌水等级进行评价。结果表明:围岩级别Ｓ对隧道变形、塑性区、涌水量影响最大,其次为侧压力系数Ｋ０,再次为断层与隧道相对间距ｄ／Ｄ和断层宽度Ｗ;不敏感的影响因素为:隧道埋深Ｈ、地下水位高度ｈ及断层与水平面夹角θ。地层条件及断层因素是隧道突涌水的主控因素,治理措施中应优先考虑地层的加固和限量排放双重措施。     

闸坝防渗墙开裂的数值计算与分析

采用数值计算和模型试验相结合的方法,对防渗墙不同开裂位置进行模拟,分析了其对防渗墙渗流特性的影响.结果表明:防渗墙的渗流量随着上下游水头差增大及开裂位置的上移而不断增大.防渗墙削减水头的作用随着开裂高程的增加而增大,随上下游水头差的变化不明显.出逸点渗透坡降随防渗墙开裂位置升高而增大,而防渗墙下基岩坡降随开裂位置升高而降低.总之,防渗墙开裂的位置越靠上,对工程安全越不利.