裂隙岩体二维渗流水力学理论模型研究

本研究主要内容包括 :裂隙岩体随机网络模拟、分形几何描述裂隙岩体参数几何特征、二维裂隙岩体等效渗透系数估算、二维裂隙岩体渗流应力耦合 非耦合模型、三维等效连续介质渗流模型、二维裂隙岩体连续介质与离散介质耦合模型、渗流模型与离散元应力模型耦合分析工程问题等。(1)利用三维裂隙网络随机模拟模型 ,针对乌江构皮滩水利枢纽工程平硐裂隙数据 ,研究其裂隙几何参数的分布情况 ,对其中一个优势裂隙组进行了模拟和检验。在模型中 ,基于蒙特卡罗方法 ,对裂隙隙宽的模拟进行了尝试。并应用分形几何的理论对其网络分维和裂隙数分维进行了研究 ,提出应用分形几何来模拟裂隙岩体中裂隙几何参数的方法。(2 )基于裂隙网络的转形 ,提出了裂隙岩块等效渗透系数的简便算法。与数值计算方法比较 ,其计算更简便迅速。 (3)推导了裂隙渗流和应力耦合的理论关系 ,建立二维裂隙岩体渗流应力耦合 非耦合非稳定流模型和三维等效连续介质渗流模型。耦合模型中应用经典耦合关系进行了计算验证 ,模型可以计算多种耦合关系。 (4)建立二维裂隙岩体连续介质和离散介质耦合非稳定流模型 ,并对其数值算法进行了研究。耦合模型使用离散介质渗透理论描述岩体主干裂隙中的水运动 ,使用连续介质渗流理论来描述岩体次要裂隙及孔     

沙尔托海水库防渗帷幕灌浆试验效果分析

沙尔托海水库坝基防渗方案为帷幕灌浆,布设单排帷幕灌浆孔,分3序钻灌,采用孔口封闭、自上而下分段灌浆。对试验过程中获得的数据进行了"单位注入量与不同孔序之间的关系、灌前与灌后压水透水率值以及钻孔各段透水率值"共3个方面的统计分析,试验检测结果表明,地层经灌浆处理后渗透性能得到很大改善,岩体的完整性有很大提高,岩体透水率显著减小。     

锦屏一级左岸岩体渗透特性的数值模拟研究

基于RFPA~(2D)-Flow软件,并结合现场压水试验,从表征单元体积(REV)及渗透张量入手,对裂隙岩体的渗透特性进行数值模拟研究。以锦屏一级水电站左岸岩体为例,基于岩体裂隙几何特征,运用蒙特卡罗方法生成岩体裂隙网络模型;模拟计算不同尺寸不同方向上的等效渗透系数,依据类常量与类张量特性初步确定裂隙岩体渗透表征单元体积(REV)及渗透张量,再结合现场压水试验结果修正渗透张量。随着模型尺寸的增大,岩体的渗透性逐渐趋于稳定,表征单元体尺寸的大小约为迹长的4倍,表明基于RFPA~(2D)-Flow数值模拟并结合压水试验确定裂隙岩体渗透张量和REV的方法合理有效。     

小浪底水利枢纽区域层状裂隙岩体的分形研究

在已有岩体结构分形研究的基础上,提出了基于Rosiwal截取法的岩石结构分形维数分析方法,即用分形维数的大小反映结构面发育的复杂程度,并运用这种方法对小浪底水利枢纽区域层状裂隙岩体进行了分形研究。研究结果表明:小浪底水利枢纽导流洞区域层状裂隙岩体具有很好的分形特征,岩体结构是受层理控制的,而节理裂隙对岩体稳定性的影响处于次要地位;处于同类构造或沉积区的岩体,分形维数与岩体强度相关;岩体的分形维数是与岩石强度、构造历史和岩性学特征有关的一个参量。     

考虑变压变浆的三维精细裂隙网络灌浆数值模拟

针对目前常见的裂隙岩体灌浆数值模拟研究多采用固定灌浆压力和水灰比与现有的变压变浆施工工艺不符,且现有研究中裂隙网络建模精度较低,导致数值模拟与实际灌浆结果存在较大差异的问题,提出了考虑变压变浆的三维精细裂隙网络灌浆数值模拟方法。通过引入相关一致性准则对拉丁超立方抽样进行改进,降低裂隙参数模拟过程的随机性,以提高裂隙网络的精度;进一步地,提出一种考虑变压变浆多孔分序灌浆模拟方法,通过实时统计模拟过程中灌浆孔内流量和累计注浆量的变化,根据规范对灌浆压力和浆液水灰比进行动态调节,实现灌浆过程精细化模拟。以杨房沟水电站帷幕灌浆工程为例进行案例分析,结果表明:与传统灌浆数值模拟相比,本文提出的模拟方法得到的浆液扩散半径更大,最终形成的灌浆帷幕范围更大更完整,且注灰量预测精度更高。相较于传统多孔分序灌浆模拟,该方法精度提高一倍以上,表明所提方法更具优越性。     

结构面特征及应力边界对岩体渗透系数的影响研究

裂隙岩体介质渗透特性是研究地下水问题的重要参数,不仅取决于结构面产状规律同时与所处地应力环境相关。本文针对裂隙岩体渗透性问题,考虑结构面分布随机性,利用UDEC软件,通过多个数值分析模型,研究了结构面特征和应力边界条件对裂隙岩体等效渗透性的影响。结果表明：裂隙倾角、间距、隙宽和迹长对岩体的渗透特性均有明显影响,裂隙倾角与渗流主方向较为接近时,该方向的岩体渗透系数较高;岩体的渗透系数随裂隙间距的增加呈幂函数降低趋势,随隙宽的增加而增大;各渗透分量均随迹长的增加而增大,但增长速度由快变慢;岩体所赋存环境地应力场对岩体的渗透系数有明显影响,地应力水平的提高会导致有效水力隙宽减小,进而降低岩体的渗透性,渗透系数随地应力的变化基本呈线性关系。     

岩体分形离散裂隙网络系统中流体流动模拟研究进展

回顾了岩体裂隙系统的位置、轨迹长度、方位和开度等几何拓扑结构参数的分形特征表征方法,分析了CT扫描技术对分析裂隙分形特征的重要作用,系统介绍了逾渗理论在裂隙网络系统连通性研究方面的成果,并对基于Monte-Carlo随机模拟的岩体裂隙网络系统生成方法和岩体分形离散裂隙网络系统中流体流动模拟等研究成果进行了综述。基于岩体裂隙系统的分形特征和逾渗特征建立的离散裂隙网络系统模型能够真实反映岩体裂隙的结构特征,并揭示岩体分形离散裂隙网络系统中流体流动机理,但目前尚无大型的逾渗数值模拟商业软件,分形离散裂隙网络逾渗模型算法的实现将成为研究的热点。     

坝基裂隙岩体三维灌浆数值模拟

坝基灌浆工程地质条件复杂且具有隐蔽性,如何建立能准确反映岩体内裂隙分布情况的三维随机裂隙网络模型,并进行浆液扩散特征的研究是灌浆数值模拟的关键和难点。现有研究大多通过岩体揭露面统计资料估计裂隙的几何参数,无法有效反映复杂裂隙真实特征,且灌浆模拟研究中多将裂隙简化为单一裂隙或规则裂隙网络。本文采用Monte Carlo法建立三维随机裂隙网络模型;提出三维裂隙宾汉姆流体灌浆数学模型,实现对随机裂隙内宾汉姆浆液扩散特征的研究;运用该模型对某水电站坝基裂隙岩体灌浆过程进行模拟,结果表明：浆液主要在与灌浆孔相交的裂隙内流动,灌浆压力在灌浆孔附近衰减速率最快且对浆液扩散的影响较为显著。同传统裂隙灌浆模拟相比,该方法能有效反映复杂裂隙的真实特征,获取更贴近实际工程的灌浆结果,为保障灌浆工程的安全建设和经济合理性提供了理论依据。     

裂隙岩体渗透张量的特征值扰动分析

裂隙岩体渗透张量是基岩地区地下水研究中非常重要的水文地质参数。基于裂隙岩体渗透张量的基本表达式和矩阵特征值扰动理论,以青岛黄岛地下洞库现场试验成果为例,在查明了岩体中裂隙的空间产状、位置基础上,建立了裂隙渗透性与岩体整体渗透张量之间的定量关系,分析了单条裂隙和单组裂隙渗透张量特征值的扰动问题,提出了优势裂隙渗透性对岩体整体渗透张量贡献的评价方法。研究结果表明,并非岩体中发育的裂隙对渗流都具有均等的作用,而只有优势裂隙组中的优势裂隙在裂隙渗流问题中占主导地位。这些成果对于基岩地区地下水资源开发和评价、地下水污染预测和控制、地下工程渗流计算和控制都具有重要的意义。     

基于遗传神经网络的灌浆单位注灰量预测方法

灌浆为地下隐蔽工程，合理预测单位注灰量对于控制灌浆工程质量具有重要指导意义。考虑单位注灰量与岩体透水率、岩性、RQD值、破碎程度、灌浆压力和高程等有高度非线性关系，提出一种基于遗传神经网络模型的单位注灰量预测方法，模型由输入层(6个神经元节点)、隐藏层(13个神经元节点)和输出层(1个神经元节点)构成，并采用遗传算法确定初始权重向量，以确保模型获取的最优值为全局最优解。为验证模型精度，以某水电站为例，采用模型对10组样本进行预测，结果表明：10组样本单位注灰量预测值和实际值绝对误差为0.38～78.75 kg/m,相对误差平均值为15.78%,两者基本吻合，模型具有较好的预测精度，灌浆工程师可根据预测值实时调整灌浆工艺，实现灌浆质量过程控制。     

泥岩层状破碎带特大涌水处理方法

文章分析了哈达山水利枢纽工程坝基泥岩层状破碎带特征,介绍了灌注稳定水泥浆液和灌注水泥砂浆2种灌浆方法。通过对特殊地质条件进行灌浆封堵处理,提高了地基的承载力和抗滑稳定性。     

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。     

水泥灌浆浆液运动及压力技术分析

水泥灌浆是裂隙性岩体防渗与加固工程的主要手段之一,特别是在水利水电工程地基处理中被广泛采用。灌浆过程的控制多体现在灌浆压力与流量的关系上。本文围绕水泥灌浆工程中水泥浆液在岩体裂隙中的运动方式,探讨了水泥浆液的运动规律及灌浆机理,分析了灌浆对地表抬动的作用及影响灌浆压力使用的控制因素,提出了水泥灌浆的双限控制压力技术,可供水泥灌浆设计和施工参考。     

科卡科多水电站引水隧洞灌浆加固方法探讨

科卡科多水电站引水隧洞以火山岩和侵入岩为主,岩石性脆且易破碎。2014年1月TBM掘进过程中受多条断层破碎带的影响而发生卡机故障,为了使TBM脱困,对断层破碎带内的围岩进行了灌浆加固处理,开挖了辅助作业洞,选择GU超细水泥浆和YDS-40高渗透环氧化学材料进行复合灌浆,选择了灌浆工艺和方法,灌浆结束后通过钻芯检查进行质量评价。     

基于传递矩阵算法的裂隙注浆扩散机制研究

在裂隙岩体注浆工程中,由注浆压力引起的裂隙位移对注浆扩散过程影响显著.为研究浆体在裂隙岩体流动时浆液的扩散规律,克服以往假设裂隙无开度变化且仅在单一裂隙内考虑浆液扩散的情况,将传递矩阵算法引入宾汉流体本构方程,利用传递矩阵求解任意位置处的裂隙位移,同时建立考虑浆液在岩体间劈裂注浆的简化裂隙岩体模型通过加设阻力来模拟浆液...     

鲁地拉水电站坝基有盖重固结灌浆试验研究

金沙江鲁地拉电站坝基基岩主要为变质砂岩,坝址区断层、裂隙发育,且透水率大,考虑到建基面表层基岩卸荷松弛或受坝基开挖爆破影响裂隙面张开等不利因素,需对坝基进行固结灌浆,以提高坝基岩体的完整性。为掌握坝基岩体破碎带固结灌浆施工技术参数、施工工艺、灌浆质量及坝基灌浆的可靠性,根据设计要求,需进行有盖重灌浆试验。结果表明,有盖重灌浆能明显提高坝基岩体的整体性和均匀性,且可灌性好。岩体波速、弹性模量、变形模量的提高幅度均较大,满足设计要求。     

黄河李家峡电站左岸F26断层化学灌浆试验分析

水泥高压固结灌浆是化学灌浆主要的一个组成部分,对化学灌浆质量起着非常重要的作用,通过对李家峡电站F26断层中化-798环氧化学灌浆试验,了解该浆材对李家峡水电站坝区岩体的可灌性,并提供单位注入量、段长、压力、孔距等灌浆参数,以便为与李家峡水电站同等或近似地质条件下的软弱带进行全面施工提供参数。     

破碎煤岩体化学注浆堵水技术研究及示范工程

从煤岩体的裂隙分布、渗流水力学特征与化学注浆堵水机理出发,详细分析了渗透水裂隙的形成及分类、破碎煤岩体注浆堵水作用机理;论述了岩体渗透系数与应力、温度的关系,水压与注浆压力的关系,岩体的可注性以及注浆位置选取与钻孔深度的关系。通过对屯留煤矿南翼进风大巷的顶板水封堵工程的实例分析,说明化学注浆堵水可借助深部开裂程度较低的围岩裂隙实施,形成隔水帷幕;涌水量大的厚层富含水破碎顶板由深部向浅部后退式注浆工艺,可显著提高注浆堵水效果,降低材料消耗和工程成本。     

向家坝水电站坝基破碎带岩体补强灌浆施工技术浅析

针对向家坝水电站坝基存在的挠曲核部破碎带碎屑结构岩体,水库蓄水前坝基防渗系统进行了常规水泥多排帷幕灌浆。为确保向家坝水电站蓄水发电运行后在长期高水头作用下坝基帷幕挠曲核部破碎带的渗流稳定,设计提出:应对该破碎带进行补强灌浆。针对补强灌浆,结合该破碎带岩体结构特性进行了"固孔止水灌浆"与"高压冲挤灌浆"组合工法研究与试验。现场试验与研究表明,向家坝水电站坝基挠曲核部破碎带采用该组合工法进行补强灌浆后,防渗体可以达到设计提出的抗渗指标,且有关专家表示,这种组合工法为一创新工法,技术含量高,可作为向家坝水电站坝基挠曲核部破碎带地质缺陷岩体补强灌浆处理工法。     

超细粉煤灰水泥浆液可注性试验研究

超细粉煤灰作为电厂废弃物具有分布广、细度模数小的特点,将其掺入水泥中配制成超细粉煤灰水泥浆液,可以提高浆液的流动性和可注性。以水灰比、超细粉煤灰掺量和水玻璃掺量为主要因素进行正交试验,测定了所配浆液的胶凝时间、黏度、结石率等物理性能指标,并对结果进行极差分析、方差分析和回归分析;研制出一种新型胶凝时间可控的超细粉煤灰水泥浆液,并回归出胶凝时间预测公式;对所配浆液进行可注性模型试验。结果表明:在水灰比为0.8、超细粉煤灰掺量为70%、水玻璃掺量为15%时,超细粉煤灰水泥浆液具有良好的胶凝时间和黏度,与普通水泥浆液相比具有更好的可注性。