有地表人渗的裂隙岩体渗流数值分析及工程应用

有地表入渗的裂隙岩体渗流是一饱和非饱和渗流过程。针对裂隙密度较大的岩体,把裂隙岩体等效为连续介质来处理,建立了有地表入渗的裂隙岩体饱和非饱和渗流数学模型。采用有限元方法作为数值模拟手段,编制了考虑地表入渗的饱和非饱和渗流有限元计算程序。用一室内模型试验对程序的可靠性进行了检验,检验结果表明模型和计算程序是合理的。最后介绍了程序在一实际工程问题中的应用。     

深埋长大隧道渗流数值模拟

隧道工程凸现长、大、深、难的特点。地下水对隧道施工构成威胁，并引起诸如塌方、冒顶、突水等工程问题。地下水赋存具有离散性，渗流具有筹向异性等特点。依托甘肃省最长公路隧道——新七道梁隧道工程，应用岩体非连续介质渗流的研究成果，进行最大涌水区段渗流数值模拟。模拟各种工况条件下地下水的渗流特性以及地表水体的水位变化。与实测结果的对比表明，理论分析正确，计算结果可靠。     

有密集排水孔的三维饱和-非饱和渗流场分析

针对工程实际存在的饱和．非饱和边坡岩体等计算域内有密集排水孔的问题，引入排水子结构技术，推导了相应的计算公式，并开发了相关的程序，同时也简介了降雨入渗和饱和．非饱和渗流逸出面的正确模拟问题。最后对长江三峡永久船闸边坡降雨入渗饱和．非饱和渗流场问题进行了求解，分析和论证了工程中的有关渗流控制情况。     

裂隙非饱和渗流试验研究及有地表入渗的裂隙岩体渗流数值分析

就单裂隙非饱和水力参数的试验测定和数值模拟确定、单裂隙非饱和渗流的机理、有地表入渗的裂隙岩体饱和非饱和渗流数值分析以及地表入渗对岩坡稳定性的影响等方面展开了较为深入的研究，并将上述研究成果应用于实际大型工程问题的分析中。主要内容如下：（1）借鉴前人的研究成果，基于动力法原理（即逐次建立水相和气相之间的稳定流动状态），首次研制出一套可同时测定单裂隙毛细压力－饱和度以及非饱和渗透系数－毛细压力关系的实验装置，并提出一种用该实验装置来测定单裂隙非饱和水力参数的物模试验法，使得通过试验来测定单裂隙非饱和水力参数成为可能。（2）运用分形几何和蒙特卡洛模拟等理论，提出一种更合理的确定单裂隙非饱和水力参数的数值试验法，并开发相应的模拟程序。由于该法在生成裂隙充水域时考虑了水和气的“圈闭”效应，故能模拟出裂隙排水与吸水过程间客观存在的滞后现象，这是以往数值试验法所不能做到的。（3）把裂隙岩体等效力连续介质来处理，建立有地表入渗的裂隙岩体饱和非饱和渗流的数学模型。以Galerkin有限元法为模拟手段，研制了相应的算法，并编制了考虑地表入渗的三维饱和非饱和渗流有限元计算程序SUSS3D。算例分析表明，上述模型和计算程序是合理可行的。（4）引入非饱和土的抗剪强度理论，运用刚体极限平衡法，研制出了地表入渗影响下的央坡稳定性验算程序ZSLP。该程序考虑了非饱和带基质吸力对央体抗剪强度的贡献以及暂态附加水荷载的不利作用，使计算结果更贴近实际。（5）将上述研究成果应用于小湾电站水垫塘区岸坡降雨入渗分析，溪洛渡电站水垫塘区岸坡雾化雨入渗分析以及雾化雨入渗对溪洛渡电站水垫塘区岸坡稳定性的影响等实际工程问题的研究。结果表明：地表入渗确会给边坡稳定带来不利的影响，并且本文的模型和计算程序均是合理可行的。     

公路边坡降雨入渗的数值模拟

根据岩土饱和-非饱和渗流理论,通过降雨入渗模型及其有限元分析方法,结合工程实例,在强降雨条件下数值模拟了公路边坡地下水渗流场动态,得到了降雨过程中边坡地下水压力水头、总水头变化、流速的变化规律,对有关的边坡稳定性分析提供了参考数据.     

岩土工程中地下水作用问题浅探

本文通过实例提出了传统地下水测量方法在岩土工程中可能产生的一些问题,给出了解决这些问题的思路;岩体稳定性分析中以裂隙带渗流方法处理地下水作用问题;土体工程中用双向水压计测量水压并划分含水层。     

暴雨与河流水位涨落耦合作用基坑稳定性分析

雨季施工时基坑工程受暴雨入渗以及邻近河流水位涨落耦合作用,容易发生渗透破坏事故。基于裘布依(Dupuit)假定建立分层地基地下水耦合渗流方程,以此确定在暴雨入渗以及河流水位涨落耦合作用下基坑周边地下水位。同时基于渗流-应力耦合分析理论与Midas分析软件,以某基坑工程实例为研究对象,建立基坑工程渗流-应力耦合分析模型,对基坑工程渗流破坏现象进行分析研究,由此得出了对其它工程有重要参考价值的结论。     

裂隙岩体非饱和水力应力耦合的不连续介质模型研究

目前对于裂隙岩体饱和水力应力耦合的研究取得了一些进展,但在很多工程领域不能简单地采用饱和渗流分析,而是要考虑岩体饱和-非饱和渗流、应力耦合作用对工程岩体的强度和稳定性的重要影响.因此在总结众多学者对裂隙岩体水力耦合研究成果的基础上,根据DDA力学计算和非饱和渗流计算原理,提出了基于非连续介质方法的--DDA方法的非饱和水力应力耦合模型;并给出了降雨入渗工况下的边坡水力耦合算例.计算结果表明,边坡稳定性随着降雨入渗时间的增加而减小,降雨强度越大,边坡稳定系数的降幅越大;考虑水力耦合时的边坡稳定性要小于不考虑水力耦合时的边坡稳定性,且在同一时刻,若降雨强度越大,考虑水力耦合与不考虑水力耦合的稳定系数差值越大.仿真试验和工程应用表明其计算成果是符合实践规律的,由此说明了所提出的水力耦合模型能正确反映裂隙岩体的水力学特性,验证了该模型是可行有效的,可付诸于实践.     

基于齐次化构建原理的非饱和土瞬态渗流问题解析解

非饱和渗流现象在地表广泛存在,其在诸多岩土工程实践方面具有重要价值。通过使用Gardner指数型土水特征曲线及渗透系数函数,对描述非饱和渗流的Richards方程和相应定解条件进行线性化及无量纲化。而后,基于齐次化构造原理对线性无量纲化的入渗控制方程等价分解,并采用分离变量技术进行解析计算,得到了无量纲渗透系数、渗流速率、体积含水量和基质吸力水头的解析表达式。选取典型土层作为研究对象,分析土层稳定渗流时地表入渗速率突增情形下的渗流演变规律。结果表明:湿润峰向土层深处的移动速度随时间逐渐减慢。粗粒土的饱和渗透系数对非饱和渗流由稳态发展到再次稳态有显著的影响。距离地表越近,渗流速度增大到稳态需要的时间越短;距离地表越远,其受地表边界作用发生响应的时间越晚。基质吸力水头和体积含水量的垂直方向上的分布仅取决于边界条件。     

局部高位入渗对渗透池入渗速率的影响

含水层中的弱透水层和回灌过程中的堵塞问题是影响地下水人工回灌工程效率和寿命的关键问题.本文通过室内实验,模拟了自然状态地表覆盖有弱透水层的情况下,正常回灌、局部开挖回填砂砾石,以及设计的局部高位入渗方法对渗透池入渗速率的影响.实验证明,实践中通常采用的局部开挖回填砂砾石的方法对入渗效率的提高是有效的,但是由于回灌水源在...     

复合形优化方法在石刻岩体渗流反演分析中的应用

岩体渗流反演分析可利用最优化方法来寻找一组反映客观岩体渗流的参数,其实质是求解带约束的最优化问题,而复合形是解决带约束条件的非线性规划问题的—种比较简单、且易于实现的优化方法,文章介绍了将它与岩体渗流有限元数值分析相结合的岩体渗流反演方法的基本原理及过程,并利用这种方法在大足县顶山石刻岩体渗流中得到应用。通过反演分析表明,宝顶山石刻区上层渗流介质的渗透系数为1.0014m d,降雨入渗量为1.0988×10-4m d,下层渗流介质的水平向渗透系数为44.994m d,竖向渗透系数为2.9472m d,具有明显的各向异性,计算结果符合实际。     

基坑工程中的地下水问题及其控制浅析

对基坑工程设计施工中的地下水问题进行了探讨,分别介绍了深基坑工程地下水渗流稳定性验算、基坑抗突涌、基坑降水设计计算、地下水三维水文地质数值模拟以及降水引起的地表沉降计算方法,通过对上述问题的深入了解,可为相关的深基坑支护、降水设计提供一些参考。     

裂隙岩质边坡渗流与非连续变形耦合过程分析

 裂隙岩体中的渗流–应力耦合作用是岩质边坡失稳的重要因素之一。离散裂隙网络(DFN)模型用于研究裂隙岩体渗流,具有概念简单、效率高、适用性强的优点,是研究裂隙岩体渗流问题最为有效的手段之一。非连续变形分析(DDA)方法是专门针对裂隙岩体的非连续特性提出的一种变形场求解方法,能够更加真实地刻画工程岩体。将DFN模拟和DDA方法结合起来,提出基于DDA-DFN的渗流–应力耦合模型,给出考虑裂隙渗流情况下岩体块体系统的瞬时平衡方程,用于研究裂隙岩体变形对渗流的影响和渗流–应力耦合作用下裂隙岩体的变形破坏特征。利用该耦合模型,对一大型水利水电工程边坡稳定性进行分析。结果表明,水库蓄水后,地下水大幅度抬升,渗流–应力耦合作用加剧,导致边坡裂隙岩体中的关键部位发生大变形甚至破坏,进而触发边坡的进一步失稳。实例分析验证了这种方法用于边坡稳定性分析的有效性。     

黄土节理二维稳态流流量方程

黄土节理渗流属于沿节理方向入渗和垂直于节理方向往黄土体入渗的二维渗流问题，对此问题目前尚少有研究。考虑节理内流体向土体的入渗及土体自身流速的影响，建立了黄土节理二维渗流模型，采用欧拉变数法推导了流体元运动微分方程，得到了以流速为函数的渗流微分方程。进而基于黄土节理渗流特征及边界条件，推导得到黄土节理二维稳态流的流量方程，表明岩体节理立方定律可归结为此方程在特定条件下的简化形式。进一步结合达西定律推导得到黄土节理渗透系数的表达式。通过现场试验和数值分析所反应出的趋势说明该公式有一定的应用价值。     

隧道工程中渗流引起的渗漏问题分析

地下工程中的地下水渗漏问题一直是工程中的一大难题.在隧道开挖中,地下水的渗流情况直接影响施工的质量,严重时还将给施工带来灾难.文章详细地分析了隧道工程中地下水渗流的危害、渗流发生的条件,渗流发生的机理,随后提出了设计时要考虑地下水的影响问题,施工过程中要做好防排水工作,后期养护也要密切注意薄弱环节的渗水问题.对不同程度的渗水问题,因地制宜提出了不同的解决方法.最后提出一些目前亟待深入解决的渗水问题.     

考虑地表变流量的非饱和土渗流耦合的解析分析

基于含水率和渗透系数是孔隙水压力的指数函数假设,通过 Fourier 积分变换,获取了降雨入渗过程中一维非饱和土渗流–变形耦合的解析解,该解能考虑地表降雨强度的变化。当降雨强度小于土体的入渗能力时,地表边界受流量控制;降雨强度逐渐增加,超过土体的入渗能力,地表边界为孔隙水压力。该解不仅能考虑地表变流量的边界,还可以分析压力边界条件,另外适用于任意的初始条件。算例计算结果表明,耦合对渗流产生影响;当渗流达到稳定时,非饱和土变形–渗流的耦合效应消失。     

大佛寺危岩带稳定性研究

针对大佛寺危岩带地形起伏较大,坡度较陡,地质灾害较发育的现状,采用二维极限平衡理论计算了三个典型危岩体的稳定性,计算结果表明：危岩带整体稳定性主要受控于后缘地下水及危岩体控制结构面,控制危岩带后缘地下水的入渗是治理危岩带整体稳定性的主要问题。     

考虑非饱和渗流过程的岩体变形规律分析

蓄水初期谷幅变形异常是我国特高拱坝面临的新问题,考虑岩体从非饱渗流和到饱和渗流转变过程中的变形机制亟待研究。基于岩体从非饱和渗流到饱和渗流的过渡过程,推导岩体在非饱和渗流–应力耦合作用下的控制方程,建立非饱和岩体水力耦合模型,并应用于圆柱试件和边坡入渗过程的变形分析。结果表明:岩体从非饱渗流和到饱和渗流转变过程中,饱和度的改变是引起岩体变形的重要因素之一。研究成果对揭示特高拱坝蓄水初期坝体及山体异常变形机制具有重要的指导意义。     

重庆市武隆县巷口镇河坝危岩带稳定性研究

对武隆县巷口镇河坝危岩带的稳定性进行了分析,采用二维极限平衡理论计算了三个典型危岩体的稳定性,提出了该危岩带的破坏模式及稳定性计算方法,计算结果表明：危岩带整体稳定性主要受控于后缘地下水及危岩体控制结构面,控制危岩带后缘地下水的入渗,是治理危岩带整体稳定性的主要问题。     

降雨入渗下互层状裂隙岩体非饱和渗流分析

在总结缓倾状互层裂隙岩体的裂隙发育规律的基础上,给出了其裂隙网络生成方法;介绍了双重介质非饱和渗流理论,并基于此对缓倾状互层裂隙岩体的非饱和渗流场进行了分析,总结了互层状裂隙岩体降雨入渗条件下的非饱和渗流场的一些特征。