二维应力作用下岩石单裂隙渗流规律的实验研究

在对人工充填砂裂进行剪切实验的基础上，分析了剪应力和法向有效应力作用下裂隙岩石的渗流特性，并提出了二维应力作用下裂隙岩石渗流模型，即剪应力和法向有效应力耦合作用下的渗流公式。     

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。     

剪切位移作用下随机裂隙面渗流特性试验研究

利用剪切渗流耦合试验系统开展剪切渗流应力耦合试验,分析轴向压应力、剪切应力和渗透压力等因素共同作用下随机单裂缝渗流中的裂隙面渗流特性和运动规律。根据试验得到剪切荷载和剪切位移的关系曲线、法向位移和剪切位移的关系曲线,通过观察在不同渗透压力和轴向压力下剪切荷载、法向位移的变化,总结出在剪切渗流耦合运动中渗透压力、轴向压力对剪切荷载及法向位移的影响。利用试验所得到的渗流量,通过立方定律换算得到水力开度和剪切位移关系曲线,并根据曲线特性选择使用4参数Logistic函数进行拟合,得到剪切渗流耦合过程中剪胀角和应力之间的关系式。依据Logistic函数参数的数学意义,提出一种确定单裂隙剪切渗流耦合最危险切向位移点的新方法。     

岩石节理剪切过程中应力与渗流特性的数值模拟

 岩石节理剪切过程中应力与渗流特性受节理法向条件的影响很大。在岩石节理表面形状三维数值化表达的基础上,首先建立岩石节理剪切过程中力学与渗流的计算模型;接着,应用GIS技术,模拟分析不同法向条件(固定应力、固定刚度)下节理的剪切过程,获得节理剪切过程中应力与渗流特性的变化规律。结果表明,法向应力、裂隙张开度、渗透系数均随着剪切位移的增加而逐渐增加,整个剪切过程渗透系数增加了两个量级左右;而剪应力的变化却受法向条件的影响,剪应力在出现峰值后快速下降,而后固定应力条件下剪应力很快趋于一个稳定的值,而固定刚度条件下剪应力却又缓慢上升。     

充填砂裂隙在剪切位移作用下渗流规律的实验研究

对充填砂裂隙进行控制位移的剪切渗流实验，结合充填砂的物性，揭示了岩体裂隙发生剪切位移时的渗流规律，并对剪切位移与隙宽、剪切位移与流量、隙宽与流量的关系进行了探讨，提出了砂粒的微小扰动与孔隙比（隙宽）的增加是影响裂隙流量的主要因素。     

基于Barton剪胀模型的粗糙节理渗流分析

 为研究粗糙节理在剪切过程中的渗流规律,首先,采用Barton剪胀模型分析节理在剪切过程中的剪胀效应,计算节理在不同剪切位移下的剪胀位移,采用Brown-Scholz(B-S)理论模型分析法向应力作用下的节理闭合变形;通过初始隙宽、法向闭合变形和剪胀位移建立剪切过程中的节理隙宽与法向应力和剪切位移之间的关系,在此基础上得到剪切过程中的节理渗流计算公式;然后,在对节理试件进行渗流试验的基础上,分别采用基于Barton剪胀模型的节理渗流计算公式和Barton经验公式计算通过节理试件的理论渗流流量,并将预测结果与实测值进行比较,比较结果表明,基于Barton剪胀模型的节理渗流计算公式的预测结果与实测值较为一致,而Barton经验公式预测值与实测值偏差较大,从而验证了该公式在计算节理剪切过程中的渗流情况的正确性。     

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。     

降雨入渗下的三维正交裂隙网络饱和-非饱和渗流实验研究

在单裂隙饱和-非饱和渗流实验成果的基础上,建立了有降雨入渗下的三维裂隙网络饱和-非饱和渗流数学模型,并相应开展了三维正交裂隙网络饱和-非饱和渗流实验研究,分别从渗流时自由水面及降雨下非饱和区渗透荷载分布规律两方面进行了实验验证分析。通过理论计算与实验结果比较,证明单裂隙饱和-非饱和渗流实验关系式是合理可行的,由此所建立的三维裂隙网络饱和-非饱和渗流数学模型具有较好的实验基础。     

粉土界面恒刚度循环剪切试验研究

竖向循环荷载作用下桩土界面的作用机理是研究桩土摩擦疲劳的关键。针对循环荷载作用下桩-粉土界面的剪切性能,使用改进的剪切试验装置在恒刚度条件下进行循环剪切试验,研究循环次数、累积位移和法向刚度对其摩擦疲劳性能、循环后单调剪切性能的影响。试验结果表明,粉土在循环剪切过程中,法向应力和剪应力在初始10个循环内随循环数增加快速衰减,随着循环进行,逐渐趋于稳定;单次循环内在剪切位移方向变化时,土体呈现表现出剪缩-剪胀-剪缩交替现象,总体变形呈现剪缩的趋势;循环荷载作用下,粉土界面的法向应力和剪应力随法向刚度增大衰减速率增大,达到稳定的累积循环位移越小;粉土循环后的单调剪切、法向应力恢复的单调剪切的剪应力比小于首次单调剪切试验值,且法向应力恢复的循环后剪切试验的剪胀程度较小,表明循环剪切过程中界面处粉土颗粒棱角破碎,颗粒变得光滑。在对试验数据分析的基础上,提出了与累积位移、法向刚度和初始应力相关的无量纲累积位移,建立了法向应力和界面摩擦角随累积位移的衰减方程。     

地电场对裂隙岩块中溶浸液渗流特性影响的研究

根据原地浸出过程中裂隙岩块中溶浸液渗流性质受地电场作用影响的特点，建立电场作用下裂隙岩块的电动渗流模型，并通过电动渗流实验研究地电场对裂隙岩块中溶浸液渗流特性的影响。研究结果表明，地电场对裂隙岩块中溶浸液渗流特性影响非常明显，裂隙岩块中溶浸液的电动渗流特性与地电场强度、岩块渗透率和溶浸液流体性质等因素密切相关。在同等压力梯度下，受地电场作用的裂隙岩块中溶浸液渗流速度随正向电场强度增加明显增大，随反向电场强度增加明显减小；地电场能够强化或者减弱裂隙岩块中溶浸液的渗流扩散能力和溶浸液对岩块的润湿作用。     

示踪试验测定大坝集中渗漏通道渗漏量的研究

介绍了一种通过示踪试验测定集中渗漏量的流量计算模型，推导了瞬时示踪剂投放下的流量计算公式。结合小浪底大坝30号排水洞中的渗漏来源及渗漏量测试的现场试验，对模型与公式进行了验证。     

渗流作用下土石坝防渗探讨

简述了土石坝被广泛应用的原因,研究了土石坝渗流问题的方法,探讨了土石坝地下水渗透数学模型的选用,指出实际工程中需建立一套新的运动微分方程,以解决非稳定渗流情况下大坝应力变形及防渗问题。     

某水库大坝坝体防渗加固处理

结合某水库大坝工程现状和地质条件,探讨了该大坝防渗加固设计,通过对大坝渗流观测资料的整理分析和加固前后大坝渗流计算,验证了坝体处理措施效果,以确保大坝坝体渗透的安全性。     

杭州市闲林水库大坝试运行期渗流监测资料分析

渗流监测设施的有效布置和监测数据的采集、分析,是混凝土面板堆石坝的安全评价工作的重点。通过对闲林水库大坝试运行期间监测资料的整理分析,总结了闲林水库坝基、坝址两岸等重点部位的渗流变化规律,重点分析了降雨等因素对测点水位的影响,综合监测数据表明坝基、坝址两岸防渗系统工作正常,闲林水库渗流监测设施的布置合理、有效。     

某铁矿尾矿坝渗流分析

根据物质的渗透性能对坝内各层物质进行概化后,应用GMS的SEEP2D模块对尾矿坝坝体渗流进行了分析,在合理假定渗入量的基础上得到了目前高程干滩长度为100m,200m,300m的渗流场分布,为尾矿坝的稳定性计算奠定了基础。     

聚丙烯纤维在抗渗混凝土中的应用

在有抗渗要求的混凝土中掺入一定量的聚丙烯改性纤维，能够有效地阻止混凝土中微裂纹的扩展并延缓新裂缝的出现。从而极大地增强了混凝土的抗渗性能，取得了良好的经济效益。     

三维应力作用下单一裂缝中气体渗流规律的理论与实验研究

深入研究了三维应力作用下裂缝中气体渗流规律,得出了裂缝剪切变形同法向变形一样,对气体裂缝渗流规律有显著影响的结论,并给出了气体单一裂缝渗透系数的解析式。实验证明该式更加符合实际情况。     

同马大堤堤基防渗方法研究

讨论了同马大堤堤身土质状况,对同马大堤堤基土层结构进行了分类,通过渗流计算提出了同马大堤典型断面堤基防渗处理措施。针对同马大堤堤基土层结构的特点,提出了堤基防渗处理的原则。堤防防渗方案的选择,必须顾及堤基土体的物理力学性质及堤基周围的人文及地理环境要素,同时应考虑到用于堤防防渗处理的经费,然后通过多种方案的比较,找出其中最为合理的堤防防渗处理措施。     

水布垭大岩淌滑坡非饱和渗流分析与渗控优化

根据水布垭大岩淌滑坡的地质条件，提出了水布垭滑坡渗流分析的模型。应用改进的饱和－非饱和渗流分析方法对水布垭滑坡渗流场进行数值模拟研究，得出了水布垭滑坡的地下水位因降和雾化雨而变化的规律。比较各种渗控措施的效果，提出了排水优化方案。     

Trefftz直接法解渗流自由面问题

提出具有自由面渗流问题的Trefftz直接法,首次用Trefftz直接法求解了该边界非线性问题,避免了常规边界元法奇异积分的困难和有限元法网格变动的麻烦。以均质土坝的稳定渗流问题和非稳定渗流问题为算例,结果表明,Trefftz直接法在渗流自由面问题计算中具有计算量小、精度高以及收敛性好等特点。