裂隙连通性对岩体渗流场的影响分析

基于渗流理论,探讨了岩体裂隙的连通性概念,并推导了求解连通系数的解析式,依据裂隙几何特性的统计规律,应用Monte-Carlo法随机产生裂隙网络,结合数值法和连通系数的解析式,模拟了岩体裂隙网络的水流特性.算例结果表明,裂隙的连通性对岩体水流具有较大影响.     

裂隙网络渗流理论的软硬互层状岩体渗流分析

为研究软硬互层状岩体的渗透规律,根据层状岩体中的裂隙发育规律,把互层状岩体简化为由层面裂隙和构造裂隙组成的离散裂隙介质,建立了互层状岩体渗流离散裂隙网络模型,并根据裂隙交叉处的流量守恒原理求解其渗流场。通过一个算例验证了模型的合理性,并讨论了切层裂隙开度对垂直方向渗流的影响,得到了互层状岩体渗透场的分布特点。     

随机地震作用后裂隙岩体介质的动力特性研究

针对经历了“5·12”汶川大地震的裂隙岩体,利用MTS岩石力学试验系统开展裂隙岩体介质的单轴动力加载试验,试验开始阶段对汶川实测地震波进行概化分析,将其分解为不同频率及振幅的正弦波,研究了裂隙岩体介质在先期随机地震作用下的动力特性。结果表明,随机地震作用下,岩体应力—应变曲线具有良好的光滑性;当裂隙连通率较大时,倾角在30°~60°范围内,随着倾角的减小,曲线的延展性增强;当裂隙连通率较小时,应力—应变曲线延展性减弱,且受倾角影响较小。裂隙岩体经过先期地震作用,峰值强度受裂隙倾角影响较小,主要随裂隙连通率的增大而减小;当倾角为30°时,峰值强度取得极小值。当裂隙连通率较大时,弹性模量在不同倾角下的变化不明显;当裂隙连通率较小时,弹性模量在倾角为30°和60°处取得极小值。当裂隙倾角较小时,峰值强度和弹性模量与连通率呈非线性规律;当裂隙倾角较大时,则随连通率变化呈线性规律。裂隙岩体的强度与破坏形态有关,当试样发生剪切破坏时,试样强度较低。     

裂隙岩体平面非稳定渗流模型

以单条平直裂隙中的水流运动规律为基础,构建二维裂隙网络非稳定渗流模型。利用算例在多种工况下的计算结果绘制岩体内部渗流水头等值线,并对不同工况下的渗流水头等值线进行合理比较,以获得水库水位变化与坝址岩体渗流场之间的关系以及水位变化后岩体内部水头与边界水头之间的关系。     

裂隙通道内流固换热系数解析解及敏感性分析

以增强型地热系统中岩体裂隙通道内换热问题为核心,应用局部非热平衡法,针对圆柱岩体裂隙内流动换热理论模型,依据岩体截面二维导热方程推导出单裂隙流固换热系数解析解。通过将可测参数带入计算方程中,得出在不同工况条件下的换热系数,并与文献中将岩体半圆截面等效为矩形一维导热模型所计算数据进行对比。结果表明在相同裂隙开度条件下,当流速较低时其结果与文献得出的结果吻合较好,但随着流速的增大误差逐渐增大。利用敏感性分析法,在外壁温变化条件下,分析裂隙开度与流速对换热系数的影响,表明流速的影响略大于裂隙开度。     

基于LHS法的三维随机裂隙网络数值模拟及渗流分析

为分析裂隙渗流系数的影响因素,基于拉丁超立方抽样(LHS)法,对岩体内裂隙的几何参数进行抽样模拟,提出了一种改进三维随机裂隙网络生成算法。利用C++语言编制程序,实现三维裂隙网络的生成,通过与Monte Carlo法生成的三维裂隙网络进行对比分析,验证了LHS法生成的三维裂隙网络稳定性好、精度高,为解决Monte Carlo法抽样样本坍塌问题提供了一种新思路。并基于LHS法生成三维裂隙网络,借助离散裂隙网络渗流程序进行渗流分析。结果表明,裂隙岩体的渗透系数随裂隙尺寸及裂隙密度的增加而增加,当裂隙尺寸及裂隙密度达到一定量级时,裂隙岩体内会形成贯通的裂隙簇,裂隙岩体渗透系数将急剧增加。     

Monte-Carlo裂隙网络图的计算机处理与自动剖分

对Monte-Carlo方法模拟生成岩体裂隙网络图进行计算机程序处理,得到连通裂隙网络图.进行自动剖分生成节点和线元信息智能化处理,并保存图形文件实现数据的直观性显示.有效地减少了裂隙渗流计算的前处理工作量.给出一个实例并验证其处理的快速正确及方便可行性.     

基于SEM图像处理的岩体细观微裂隙三维重建模拟分析

鉴于岩体细观微裂隙的三维重建是研究细观尺度下岩体力学特性和渗透性的有效方法,利用扫描电镜（SEM）观察到了岩体细观结构SEM图像,获取了岩体细观裂隙几何参数并进行了统计分析,归纳总结了微裂隙二维几何参数及其概率分布规律,并基于Monte-Carlo随机模拟方法,利用Matlab软件中的GUI程序来进行岩体细观微裂隙三维重建,获得了岩体细观微裂隙三维重建效果图,通过与实际SEM图像微裂隙间距参数对比,验证了该模型的合理性。     

导叶开度对混流式水轮机尾水管内流动特性的影响

为了深入研究尾水管内的流动特性,结合某电站混流式水轮机的实际运行情况,基于标准的κ-ε湍流模型,选用Fluent软件在额定水头不同导叶开度下对其进行全流道数值模拟,分析了不同导叶开度对混流式水轮机尾水管内部流动特性的影响。结果表明,当导叶开度为100%时尾水管内部形成了周期空化涡带,此涡带的存在易导致水轮机机组产生强烈振动;当导叶开度较小时,尾水管内速度分布较为均匀;尾水管进口段的压力分布情况对导叶开度的变化较为敏感,可通过合理控制导叶开度来减小尾水管内的水力振动,降低水力损失。     

地热开采的裂隙渗透T-H-M耦合模型及模拟研究

地热开采是典型的热流固耦合问题。文章以裂隙岩体地热开采为背景,推导出含热储温度变量的孔隙率、渗透率方程,由此建立含裂隙热储的温度、渗流和变形场全耦合数学模型。利用上述模型求解了含简化裂隙热储的地热开采问题,得出裂隙开度等参数对热储温度场和地热产能的影响规律。研究结果表明:注入井和生产井之间的裂隙岩体是地热资源的主要供给区域;天然裂隙开度或人工裂隙开度是控制热储温度,提高地热开采效率的主要因素,裂隙开度扩大1倍,地热产能增加近6倍。     

基于渗透张量的裂隙渗流有限元计算中反常水头现象初探

针对利用等效连续导水介质模型研究岩体裂隙渗流问题时,有限元计算部分结果出现的水头反常现象,经多因素分析,认为渗透张量与渗流区域边界形状之间存在着相互协调的条件,当这种条件被超越时,就会使计算结果出现水头反常现象。     

闸坝地基岩土体各向异性渗流边界条件的影响分析

渗流运动数值模拟计算结果的精度与边界条件的处理关系密切,在各向异性渗流情况下分析了边界条件选取对计算结果的影响程度,将水利工程中各向异性渗流常见的边界情况概化为四类数学模型并进行了数值模拟计算。结果表明,边界附近区域的水头分布受边界条件的影响最为明显,呈很强的非线性,边界条件的不同也会影响各向异性区域内部流速分布和渗流量。     

两河口水电站泄洪出口边坡渗流及稳定性计算分析

在分析两河口水电站泄洪洞出水口边坡工程地质条件的基础上,研究了边坡岩体的渗透特性,结合雾化降雨试验资料、采用饱和非饱和渗流有限元方法计算并分析了边坡雾化雨条件下渗流场的变化规律,同时引用非饱和强度理论并运用Sarma极限平衡方法分析了雾化雨对边坡稳定性的影响,所获得结论可为正确评价边坡岩体的稳定性、合理可行的工程控渗及边坡加固措施提供依据。     

基于遗传神经网络的坝区初始渗流场反分析

为尝试采用遗传神经网络法解决无渗漏量资料的多目标渗流反分析问题,根据遗传神经网络的非线性映射特性,提出了基于遗传神经网络的初始渗流场反演方法,采用正交设计法设计渗流场参数样本,通过有限元分析获得钻孔水位样本,并利用遗传神经网络学习钻孔水位与渗流场各参数的非线性关系得到各参数的反演值。以卡拉水电站右岸坝区为例,反演了岩体和结构面的渗透系数和右岸边界水头,验证表明该方法在渗流场反演中具有较高的精度。     

深切河谷边坡裂隙岩体渗透性与埋深的关系

河谷区边坡裂隙岩体的渗透性分布规律,对于边坡渗流分析的参数选取有着重要的参考意义。通过分析单一裂隙的渗流规律及河谷地区边坡应力分布特征,研究了在复杂应力条件下及存在边坡卸荷作用时河谷边坡裂隙岩体渗透性随岩体埋深的分布规律,并结合白鹤滩水电站坝址区玄武岩岸坡岩体钻孔压水试验资料,采用表征裂隙岩体渗透性的单位吸水量ω为参数,通过统计分析验证了理论推导的结果。     

基于热流耦合方法的岩体内渗水水温变化过程模拟

鉴于正确判断出水原因及渗水来源是制定防渗加固措施的重要依据,将热流耦合方法引入到岩体裂隙渗水计算中,分析渗水来源、渗水量、渗漏路径及岩体温度等对渗水温度的影响程度。结合某实际工程导流洞首次过流时在附近出现的10个渗水点,应用该方法模拟由导流洞到出水点的渗水过程。结果表明,6个出水点的温度仿真结果与实测水温接近,佐证了渗水来自导流洞的推断;2个距导流洞较近的出水点仿真温度偏高,极有可能是真实的渗漏路径较长所致;另有2个位置较远的点仿真温度偏低,初步推测可能受周边温度较低的地下水影响。这说明热流耦合方法可应用于模拟岩体裂隙中渗水水温变化过程,为初步判断岩体内渗水来源提供了依据。     

金佛山混凝土面板坝二维渗流计算分析

针对渗透水流对土石坝坝体、坝基的渗透破坏危害性极大问题,以金佛山水电站混凝土面板堆石坝为例,根据地质条件和渗流控制特点建立平面二维有限元计算模型,模拟了坝体在不同水位组合条件下的渗流场,研究了渗透破坏的可能性,并分析了防渗帷幕及坝基渗透系数的敏感性。计算结果表明,各种水位组合下混凝土面板及防渗帷幕起主要阻水作用,水力比降大,渗流场分布对防渗帷幕及坝基渗透系数不敏感,渗流流量相对敏感,为坝坡安全性和渗流稳定性评估提供了依据。     

Influence of different fracture morphology on heat mining performance of enhanced geothermal systems based on COMSOL

Formation of enhanced geothermal systems (EGS) is the necessary approach to obtain geothermal energy efficiently. In-situ stress, nature of reservoir physical properties and fracturing methods will affect the artificial fracture morphology after reservoir stimulation. A three-dimension thermal coupled seepage model of fractured media was established to simulate the influence of fracture morphology on heat mining performance of EGS, considering the pressure- and temperature-dependent physical properties of working medium. The results indicate that formation of complex fracture network is favorable for heat mining. Production mass flow in Case1 with complex fracture network enhances nearly 2.5 times comparing to the unenhanced model at exploitation beginning. The total net energy rate will up to 44 MW and be maintained above 10 MW for 5 years. The system impedance can be effectively reduced, however the sustainable heat mining duration decreased to 30 years. The increase in length and number of branch fractures is expected. While increasing the width of branch fractures deliberately has little effect on the exploitation of EGS. Finally, we investigate the adaptability of employing supercritical CO₂ in EGS with complex fracture network. Production mass flow will be enhanced 3–5 times compared with water, but the stability is poor, total net energy rate decrease from 90 MW to 3 MW over the 10-year operation period.     

Unsteady seepage solutions for hydraulic fracturing around vertical wellbores in hydrocarbon reservoirs

This paper establishes an analytical model to study the influence mechanism of hydraulic fracturing around vertical wellbores under the unsteady seepage in hydrocarbon reservoirs, deduces the analytical solution of water pressure and hydraulic gradient of the model, and compares the law of water pressure and hydraulic gradient changing with time with the results of numerical simulation. The results confirm the accuracy of these analytical solutions. The variation laws of water pressure and hydraulic gradient in the sample under unsteady seepage are analysed by using the COMSOL Multiphysics software. The results show that: the increasing rate and amplitude of water pressure decrease with the distance of water inlet, however, hydraulic gradient near the water inlet is the largest and decreasing with the distance. In order to better understand the mechanism of hydraulic fracturing of rock mass, we studied the influence of permeability and water injection pressure on water pressure and hydraulic gradient of rock mass. The results show that: large permeability coefficient and high hydraulic gradient will increase the probability of rock mass hydraulic fracturing. The permeability and hydraulic gradient of rock mass is important factor in determining whether the rock has hydraulic fracturing. The distribution law of water pressure and hydraulic gradient in rock mass under unsteady seepage provides important reference and basis in hydrogen developing reservoirs.