观测系统对回采工作面地震CT成像质量影响规律研究

为探索观测系统对回采工作面地震CT成像质量的影响规律,建立了7种回采工作面地震CT探测波速异常区数值模拟模型,利用正演获取的地震波场数据进行反演计算,将获取的反演结果与模型对比分析。提出了利用真异常可区分度γ、假异常单元数e及真异常值误差率d评价成像质量的方法。基于数值模拟提出了提高成像质量的观测系统布置原则及方法。研究成果可为回采工作面地震CT探测方案设计及误差分析提供依据。     

南通市南山湖综合楼基坑工程降水数值模拟分析

基坑降水的成功与否,关系到整个基坑的安全。南通市南山湖综合楼基坑开挖过程中虽建立了止水帷幕,但仍需对基坑降水的方案进行安全评估。采用MIDAS/GTS数值分析软件建立三维渗流模型,通过对现场单井抽水试验进行模拟分析,综合地勘报告中室内试验渗透系数和抽水试验的渗透系数,反向推演出符合工程实际的渗流边界函数和渗透系数;然后利用反推得到的计算参数,建立三维渗流模型,模拟群井抽水状态下水位降深与时间的变化关系,对群井降水效果进行分析,验证降水井设计是否合理,指导基坑土方的开挖。     

南京过江隧道浦口明挖段抽水试验分析

该文结合试验区域水文地质条件分析了抽水试验结果。利用抽水及水位恢复资料,采用几种实际应用较为广泛的求渗透系数的方法,求解试验区地层渗透系数,结果表明,在地质条件复杂区域利用解析法所求的参数误差较大,而采用数值法反演的参数精度较高且较可靠。研究区地层渗透系数取值为21.08m/d。     

基于露天边坡力学参数的位移反分析研究

针对黑岱沟露天煤矿岩土体物理力学性质复杂,节理、裂隙高度发育,岩体完整性较差,边坡力学参数难以确定的问题,基于现有的监测数据,确定出反演参数的范围,通过正交试验法建立样本数据,采用有限差分软件FLAC3D建立边坡模型,计算模拟位移值,将模拟数值与实测位移值进行比对,确定出目标反演参数的最优组合,将反演数据反馈于FLAC3D边坡模型中,通过正演分析,证明位移反分析法在边坡工程的可行性,为该矿参数的获取以及施工的进行提供预测与指导。     

基于Comsol仿真软件的大地电磁法拟二维反演研究

大地电磁法(MT)具有探测深度大、不受高阻屏蔽以及对低阻异常体敏感等优点,引起了众多学者对该方法的大量研究,尤其是正演数值模拟。该文借助Comsol Multiphysics有限元仿真软件,进行大地电磁二维正演研究,利用该软件构建所要研究的地电模型,将大地电磁正演计算公式转换成软件中某些特定的参数和变量,完成大地电磁TE、TM模式正演计算。在与ModEM软件进行正确性对比后,进一步采用Bositick法对正演数据进行了拟二维反演研究。     

多源数据联合刻画DNAPL污染场地的非均质性

污染场地评估工作中常使用数值模型刻画污染源区特性，其中水文地质参数准确与否对污染物迁移转化过程的判断至关重要。采用相对容易获取的观测值，通过求解逆问题的方式反演来推估无法直接获取的水文地质参数。该文针对DNAPL污染场地非均质性的精细刻画问题，构建一种综合迭代局部更新集合平滑器(Iterative Local Updating Ensemble Smoother, ILUES)、DNAPL污染运移模型、岩性物理模型和自然电位正演模型的数据同化框架，通过融合水力层析法(Hydraulic tomography, HT)观测数据与自然电位法(Self-potential, SP)观测数据联合反演三维含水层渗透系数场空间分布。在该框架下设计3组数值算例，比较不同类型观测数据对反演精度的影响。研究结果表明：基于ILUES算法分别融合HT数据、SP数据，均可有效地刻画DNAPL污染源区非均质结构，且ILUES算法耦合HT与SP观测数据能进一步优化反演效果，提高计算的精度和效率。     

某水库岩溶管道对库区蓄水的影响分析

根据现场水文地质条件和岩溶的调查分析,确定水库坝址区有5条岩溶管道。水库运行期的库水位高于管道高程,在水位差作用下,库水会沿管道向库区外排泄,可能产生岩溶塌陷、岩溶管道渗漏等环境水文地质问题,影响水库正常蓄水。基于库区水文地质条件和岩溶发育规律,建立了岩溶区三维地下水流运动的数值模型,利用实测水位和计算水位反演,确定了岩溶-裂隙介质和岩溶管道的渗透系数。采用验证后的模型对库区蓄水后的地下流场和岩溶管道渗漏量进行分析计算,得出了坝址区5#岩溶管道处渗漏量较大的结论,并针对岩溶管道提出了相应的防渗措施。     

基于微水振荡试验资料确定含水层渗透系数

岩土体渗透性参数是评价地下水资源,研究地下水运动规律的重要水文地质参数。微水试验相较于传统的测试方法是一种现场快速测定岩土体渗透性参数的方法,其试验时间短,对地下水及周边环境影响甚微,具有广泛的应用前景。该文采用两种微水试验的Kipp(1985)模型和Cooper(1967)模型对现场试验结果进行了计算分析,并将计算结果与传统抽水试验成果进行对比分析,两种试验成果拟合较好,表明微水试验测试方法可用于测定介质的渗透系数。     

不同渗透系数对边坡稳定性影响分析

蓄水与排水过程中库区水位不断发生变化,沿岸边坡内部地下水位也随之发生变化,边坡不同渗透能力对水位的变化会产生不同的响应,边坡内部渗透后水压力随水位变化而变化,进而促使库岸边坡发生滑塌,影响库岸边坡的稳定性。为此,结合某水电站库岸边坡,通过Geo-Studio软件构建3种不同的渗透系数数值模型,从不同渗透系数对浸润曲线和库岸边坡安全稳定性方面,分析了渗透系数的变化对库岸边坡稳定性变化的影响。研究表明:库岸边坡的浸润曲线变化趋势和渗透系数变化呈现正相关规律,渗透系数越大的边坡在水位上升时浸润曲线的位置变化趋势越来越明显,渗透系数越小的边坡浸润曲线变化趋势越来越接近于不规则曲线,此时边坡内具有较大的水力梯度;渗透系数相同的库岸边坡稳定性在水位上升条件下边坡稳定性增大,在水位下降条件下边坡的稳定性减小,渗透系数越低边坡的安全系数值对库水位变动的反应越迟缓。     

三维井地电阻率法正演数值模拟研究

井地电阻率法主要是在井中供电地表测量电位值,并通过地表测量到的电位值计算得到地表视电阻率值反演地下异常体的各种性质(电阻率在地下的分布)。而正演是反演的基础,视电阻率三维正演的主要难点是用计算机编程实现三维数值模拟,其次是迭代算法的合理选择。本文主要研究以下几个方面:①从电法最基本的理论出发导出有限差分理论公式,通过计算机编程实现其算法,并通过大量理论模型计算理论值(解析解)对比数值解来验证算法的正确性;②使用不同迭代算法(高斯赛德尔迭代、超(低)松弛)比较迭代次数和计算时间。     

基于Visual MODFLOW的煤层底板突水量预测研究

随着我国东部矿区煤层开采水平不断向深部拓展,底板奥灰水突水事故时有发生,往往造成严重的人员伤亡和财产损失。为准确预测煤层底板突水量,以新安煤矿为例,在概化该矿水文地质条件的基础上,建立了底板奥灰水渗流运动基本微分方程并采用有限差分法进行求解,利用Visual MODFLOW软件实现了该渗流运动的三维可视化数值模拟,结合2011年3月至2012年2月一个水文年的实际水位观测值对该模型的模拟水位进行验证和校核,依据该模型模拟水位值采用水均衡法计算得出底板突水危险区域的奥灰水量,即为突水量预测值。研究结果表明:该模型的模拟水位最大误差小于11%,一般4%左右;应用该模型模拟水位值计算危险区域突水量为1 150 m~3/h,与1995年该区域发生的特大奥灰突水事故平均突水量1 244.3 m~3/h接近,预测结果真实可靠。     

基于抽水试验的上海第Ⅱ承压含水层特性分析

本文以在上海市普陀区完成的针对上海第Ⅱ承压含水层的抽水试验为基础,重点分析了试验场地范围内的第Ⅱ承压含水层的水文地质特性,通过建立数值模型来反演该含水层参数,并将经检验过的模型应用于分析场地内该含水层顶部沉降标位置处的水位变化情况,最后分析了群井抽水期间,试验场地内该沉降标处的水位降深与沉降变形关系,以及第Ⅱ承压含水层顶部土体的沉降时间效应。通过分析得出:第Ⅱ承压含水层富水性好、渗透性强,对今后可能的基坑工程危害较大;第Ⅱ承压含水层的压密主要为弹性变形,随着水位降深的增大,相应的含水层上覆土体的沉降量增大,并且当抽水趋于稳定后,上覆土体沉降也趋于稳定,土体沉降值逐渐逼近于最大值。     

湛江某地下水封洞库涌水量估算与分析

采用常规的水文地质比拟法、经验解析法以及应用FLAC3D所进行的数值模拟分析等多种方法,同时引入了考虑多个平行洞室的渗流量计算方法,对广东湛江某地下水封洞库工程中洞室群的涌水量进行了估算预测,并对这些方法和计算的结果进行分析对比。分析对比表明,水文地质比拟法由于目前缺失必要的工程实践资料,尚不具备应用条件;经验解析法和水动力学法考虑多个平行洞室的渗流量计算方法由于难以获得裂隙岩体的综合渗透系数,对施工初期的涌水量计算是不真实的,但对运营期长期稳定涌水量的计算比较准确;而数值模拟法能够比较充分地模拟出围岩含水介质的水动力学特性和特定的边界条件。分析对比同时表明,地下洞室在符合地下水以侧向补给的条件下,采用二维水文地质模型简化按经验解析法与采用三维数值模拟的结果基本一致。     

分层排土场边坡降雨入渗过程及稳定性分析

针对岭南沿海地区露天矿山排土场边坡分层特征,基于分层边坡降雨入渗模型,计算在一定降雨强度下雨水入渗深度,采用有限元强度折减法计算得出安全系数,结合工程实例,用数值模拟确定不同降雨入渗条件下的体积含水率、降雨入渗深度以及安全系数的变化,进行边坡稳定性分析。结果表明:降雨强度与渗透系数的关系对土体体积含水率的分布影响显著,建立的分层边坡雨水入渗深度理论计算结果与数值分析得到的结果基本一致,表明该公式能较好地反映分层边坡降雨入渗过程,在降雨初期以及湿润锋到达土体分层界面时,安全系数降幅最大,随后安全系数降幅逐渐减小且趋于稳定。边坡整体稳定性良好,现场位移监测结果验证了计算结果的合理性。研究成果为分层边坡降雨入渗灾害防治提供理论依据。     

基于ABAQUS的真空预压数值模拟

以往对真空预压的数值模拟简化太多,以至于计算结果与实测结果差别较大.该文考虑真空度损失和渗透系数的非线性变化的影响,应用ABAQUS较好地模拟了真空预压的整个施工过程,与现场实测的分层沉降较为吻合,施加荷载、控制孔隙水压力的方法正确且具有实际意义.     

库水位下降对三峡库区滑坡稳定性的影响研究

在定性阐述三峡库区水位下降对滑坡渗流场变化的影响机理,通过对滑坡典型地质断面结合实际边界条件,建立二维有限元模型,用有限元法模拟库水位不同下降速度对滑坡体内渗流场变化的影响,并用改进的极限平衡法结合渗流场计算的孔隙水压力值对滑坡安全系数进行计算,为库区滑坡的预测和治理提供依据。     

地下水管理模型中的参数随机性问题

通过一假设的水地质管理问题，建立了该问题的机会约束随机管理模型，利用Taylor展开法分别就渗透系数、弹性给水度、初始流场和边界水位的随机性对管理结果的影响进行了计算分析，得出了渗透系数和一类边界条件的随一类管理结果的影响最明显，而弹性给水度的随机性对管理结果的影响很小，初始水位只影响疏干时间而对最终的稳定疏干水量没有影响等一般规律，并给出了理论分析。     

基于井筒稳定流试排水试验的煤矿突水点残余涌水量测算

以洛阳龙门煤矿巷道底板突水注浆截流效果评价为研究对象,设计并开展了3个落程的主井稳定流排水试验,1次水位恢复试验。分析了矿井积水水位变化特征,确定了矿井残余水量计算Q-S抛物线模型、矿井井巷空间寒灰水补给特征,利用Q-S抛物线模型、井巷储水体积法分别计算了不同淹没标高突水点残余补给水量,结果指示Q-S抛物线模型计算精度更高。     

安家岭井工一矿开采沉陷数值模拟岩体力学参数反演

在分析各类岩体力学参数确定方法基础上,以安家岭井工一矿开采沉陷为背景,提出了一套确定岩体力学参数的综合方法。该方法中土层数值模拟采用Mohr-Coulomb屈服准则,参数通过经验值及工程类比方法综合确定;岩层数值模拟采用Hoek-Brown屈服准则,参数初始值在实验室力学测试结果基础上,结合GSI地质强度指标估算法确定,再设计正交试验,利用数值模拟对参数进行反演,确定一套优选值。最后将优选参数用于反演区数值计算,分析开采后围岩移动规律,检验此方法确定参数的科学性及可靠性。     

基于BP网络的深部软岩巷道围岩力学参数反演研究

为探索高地应力下深部软岩巷道围岩应力场及位移场的分布情况, 建立了简化的应变软化模型, 分析了此模型的关键参数; 采用均匀设计法设计了数值计算中待分析的参数方案, 且将各方案参数代入FLAC^3D软件中进行了数值仿真分析; 再将各工况下监测点计算的相对位移与岩体力学参数代入BP网络进行训练、学习, 并将监测点位移相对监值输入训练的BP网络, 获得参数反演值。以淮南矿业集团顾桥煤矿轨道巷为工程背景, 进行了巷道深部位移监测, 根据监测结果反演了简化应变软化模型的关键参数, 经正分析对比验证了力学参数反演结果的准确度、可靠性, 反演结果为后续工程数值计算奠定了基础。