裂隙网络岩体非稳定渗流场与应力场耦合分析

岩体裂隙网络渗流的特点是渗流沿裂隙网络定向流动,体现出明显的非均匀性和各向异性,这决定了裂隙网络渗流的特殊性;裂隙岩体中渗流与应力的相瓦作用主要也是通过岩体中的裂隙.从裂隙网络渗流的特点出发,以岩体裂隙网络渗流与岩体应力相互影响、相互作用的耦合机理为基础,研究裂隙岩体中渗流场和应力场相互影响以及二者随渗透水流时间及边界条件的变化规律\编制相应程序,并通过算例进行了验证;考虑耦合情况下,裂隙岩体渗流场与应力场较不考虑耦合时均有明显变化.     

裂隙岩体渗流场与应力场的耦合数值分析

裂隙岩体渗流场与应力场耦合是一个复杂的地质问题.本文基于裂隙-空隙双重连续介质对裂隙岩体渗流场与应力场进行耦合分析,推导建立了数学模型,并将该模型用于实际边坡工程的岩体裂隙进行数值模拟,分别对不考虑应力影响下的渗流场和不考虑渗流影响下的应力场以及两场相互耦合时的稳定性进行了研究,由于耦合作用下与任意单场作用下相比差异较大,因此考虑岩体裂隙多场耦合作用是必要的也是符合事实的[1].     

裂隙岩体渗流与应力耦全分析的四自由度全耦合法

本文首次提出裂隙岩体渗流与应力耦合分析的新方法－四自由度全耦合法，该法不仅考虑了裂隙渗透性随应力的变化，而且建立的同时以渗流水压力的位移为未知值的耦合方程组，     

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     

裂隙岩体渗流与应力耦合分析的四自由度全耦合法

本文首次提出裂隙岩体渗流与应力耦合分析的新方法——四自由度全耦合法，该法不仅考虑了裂隙渗透性随应力的变化，而且建立的是同时以渗流水压力和位移为未知值的耦合方程组，使得渗流场与应力场的求解一次性完成.与现有两场交叉迭代分析方法相比，不仅从方法上达到了彻底的完全耦合的目的，而且使得耦合分析变得十分简便，可望有较广阔的应用前景.     

基于应力场与渗流场耦合的土坝稳定性分析

基于多孔介质的渗流特性和土的非线性本构关系,研究了渗流场与应力场的耦合效应,根据弹性力学和渗流理论提出了耦合问题的力学模型及其控制微分方程,然后导出这一问题的有限元计算公式。针对某非均质土坝建立了非线性耦合分析模型,探讨了大坝的渗流与应力耦合规律,结果表明:坝体中渗流与应力的相互作用是不应忽视的;在其耦合作用下,坝体渗流场的总渗流量减小,而应力场的各应力分量的最大值增大。     

岩体渗流-应力-温度三场耦合的连续介质模型

进行岩体渗流一应力—温度三场耦合研究，是为了更客观地反映作为人类工程活动地质背景的岩体的本质属性。从岩体渗流—应力—温度三者两两之间的相互作用关系出发，分别建立了应力和温度影响下的渗流场模型、沙流和温度影响下的应力场模型、渗流和应力影响下的温度场模型，耦合三者成为岩体渗流—应力—温度三场耦合的连续介质模型；并对此三场耦合模型及其数值解法进行了讨论。     

砂岩劈裂裂隙无充填多因素影响下渗流规律研究

岩石裂隙渗流规律复杂,影响因素众多,其研究对工程防渗堵漏意义重大。利用ELE岩石渗透仪对劈裂砂岩进行裂隙渗流试验,采用基于CAD-ANSYS接口程序、ANSYS蒙皮技术,Arc GIS联合建模计算劈裂面面积等方法,试验研究不同应力条件下,劈裂面面积、迹线长度、进出口长度、结构面粗糙度、应力路径等多因素共同影响下的裂隙渗流量变化规律。分析得出应力路径对渗流量有显著的影响:围压恒定时,渗流量与渗透压呈负指数函数关系;渗透压恒定时,渗流量与围压呈幂函数关系。提出不均匀系数λ,可反映渗透压恒定围压持续加载情况下渗流量随围压的变化规律;提出高效控渗临界点和有效控渗临界点,可描述渗透压恒定时渗流量随围压变化的规律,为工程加压止渗提供参考。根据试验结果,推导出裂隙渗流参数转化为孔隙介质渗流参数的渗透系数k的表达式,为裂隙岩体的孔隙介质渗流分析提供借鉴参考。     

基于离散单元法的裂隙岩体渗流与应力耦合作用机制研究

采用UDEC离散单元法中关于裂隙岩体开挖模拟及水力全耦合分析模型,分析裂隙岩体洞室开挖后,围岩应力与水力耦合作用导致的裂隙隙宽变化及渗流变化的过程。结果表明：洞室开挖完成后,在围岩渗流与应力耦合作用下,围岩中裂隙隙宽、裂隙中水压及其渗透流量的变化是一个动态过程,且相互作用与相互依赖;裂隙的闭合使得结构面水力梯度变大,作用在裂缝上的渗透压力增大,促进导水裂缝扩展,裂隙连通性增加;裂缝张开度增大,渗透能力增强,渗流量增大,其渗流压力相应降低;由于围岩中裂隙隙宽、压力和渗流量的动态依赖性,在一定条件下,裂隙隙宽的改变可导致局部水力通道的形成,高压水头从局部涌出,从而促进突水灾害的形成。研究成果初步表明了所采用方法的有效性,并为研究裂隙岩体中开挖洞室引起的突水问题提供了潜在的研究方向。     

裂隙岩体渗流新模型

为适应网状和层状渗透结构，根据多边形裂隙网络理论．确立了裂隙网络生成的原理和方法，系统地推导了在渗流和应力耦合作用下裂隙岩体渗流模型。并结合拉西瓦水电站坝区岩体裂隙构造的特征，进行了渗流计算和分析；还与连续介质和裂隙网络渗流模型进行了计算比较。     

裂隙岩体渗流新模型

为适应网状和层状渗透结构，根据多边形裂隙网络理论，确定了裂隙网络生成的原理和方法，系统地推导在渗充和应力耦合作用下裂隙岩体渗流模型。并结合拉西瓦水电站坝区央体理解隙构造的特征，进行了渗流计算和分析，还与连续介质和裂隙渗流模型进行了计算比较。     

裂隙岩体网络注浆渗流规律

本文在裂隙结构模拟的基础上，建立了裂隙网络非牛顿流体的渗流模型，并应用所建立的分析模型进行注浆渗透过程模拟，建立了确定注浆参数的一般方法。在此基础上，本文还讨论了裂隙岩体注浆过程中的渗流和应力耦合问题，分析了应力和渗流耦合对注浆过程的影响。     

岩体渗流-应力耦合裂隙网络模型研究进展

裂隙岩体结构复杂,岩体的渗流特性与应力环境存在着密切关系,渗流场对应力场同样也存在影响.在国内外相关研究的基础上,系统地归纳了岩体渗流-应力耦合裂隙网络模型的建立思路、裂隙处理方法等.提出地下岩体中裂隙网络是无法完全可观测的,实际得到的数据并不充分,在随机模拟时,如何选择反映实际岩体特性的随机分布还有待进一步研究,在耦合模型中如何更真实地表征裂隙随应力的变化关系也需进一步研究.     

裂隙岩体的渗流-损伤耦合分析模型及其工程应用

本文对裂隙岩体中的渗流提出一种渗流-损伤耦合分析模型,这个模型将岩体中的裂隙模拟为具有一定张开度的扁平圆盘裂纹,由现场裂隙统计分析和计算机Monte Carlo法产生随机裂隙网络系统,计算裂隙的空间连通率,对其力学行为,运用损伤断裂力学模型予以描述。本文阐述了渗流对裂隙岩体的力学作用和岩体的应力状态对裂隙渗透特性的影响,根据不同应力状态下,裂隙的损伤断裂扩展过程建立起渗透张量的演化方程。最后提出了有限元分析程序并将其应用于工程实践。     

岩体渗流应力耦合作用研究综述

系统阐述了岩体渗流应力耦合作用的研究现状与进展,探讨了渗流应力耦合模型的建立方法及解耦途径,论述了单裂隙面耦合特性的研究方法,对裂隙网络耦合理论中几个具有代表意义的渗流模型作了较详细的描述和比较。     

应力作用下裂隙岩体渗流特性的试验研究

 对在应力作用下接触型岩体裂隙的渗流基本规律作了研究。通过由天然大理石板人工构成的裂隙模型(仿真模型)进行的试验研究，探索了接触型岩体裂隙在大应力及高水头耦合作用下渗流的基本规律，除试验研究外，并做了数值模型分析，以此与试验结果相互验证。     

裂隙岩体的渗流场与损伤场耦合分析模型及其工程应用

利用流体扩散能量叠加原理，建立了裂隙岩体介质的渗透张量数学表达式。综合运用断裂力学和损伤理论，探讨了复杂应力状态下多裂隙岩体的本构关系以及压剪裂纹的启裂准则，建立了裂隙岩体在压剪，拉剪应力状态下损伤演化方程，给出了裂隙岩体损伤场与渗流场耦合方程。在此基础上，用已编成的有限元计算程序对三峡永久船闸高边坡稳定性进行了分析。     

一种裂隙－连续介质的耦合渗流计算方法

目前单独的孔隙介质（如土体）一般采用基于达西定律的连续介质渗流理论进行渗流分析,单独的裂隙介质（如岩体）多用基于立方定律的离散裂隙网络模型进行渗流分析。对于既有孔隙介质,又有裂隙介质的渗流区域,并没有形成一个整体的分析方法。针对裂隙岩基上修筑土石坝这种特殊渗流区域,对岩体裂隙区域和土体孔隙区域采取不同的渗流理论,通过交界区节点水头一致性条件,形成耦合整体渗透矩阵,建立了裂隙－连续介质耦合渗流计算方法,编制了裂隙－连续介质耦合渗流分析程序并进行了算例和工程验证,为裂隙与连续介质的耦合渗流计算提供了新的解决方法。     

裂隙地下水渗流及溶质迁移数学模型研究进展

针对裂隙地下水渗流及溶质迁移多场耦合数学模型,综述模型研究的发展历程与阶段性成果,将现有模型 划分为基于不同介质概化的等效孔隙介质模型、多重介质模型、离散裂隙模型,基于不同耦合方法的非全耦合模 型与全耦合模型,以及基于不同模型推导途径的力学途径模型与混合耦合理论模型。针对该领域研究的关键科 学问题总结其发展趋势,探讨裂隙地下水渗流及溶质迁移多场耦合数学模型研究的难点及潜在发展方向,为裂隙 地下水流及溶质迁移研究提供理论参考。     

碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析的数学模型

从碾压混凝土坝的渗透特性出发，分析了碾压混凝土坝层(缝)面渗流与坝体应力相互影响的耦合机理，层(缝)面渗流向层(缝)壁面施加法向渗透压力和切向拖曳力来影响坝体应力，坝体应力改变层(缝)面的等效隙宽来影响渗流，进而提出了碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析的数学模型，讨论了该耦合模型的有限元数值解法，并给出了工程应用实例。由计算实例可以看出，耦合作用使坝体渗流场发生变化，并且使坝体应力增大，使坝踵处的应力集中加剧。