节理裂隙岩体渗流与应力耦合分析

在总结已有的饱和非饱和渗流模型的基础上,把裂隙岩体看作是离散网络模型,分析研究了含节理裂隙岩体的非饱和渗流特性,建立了裂隙网络饱和非饱和渗流模型,并推导了控制方程.对节理裂隙岩体中外力对裂隙渗流的影响进行了分析研究,提出了渗流场-应力场耦合的分析模型,推导出三维应力与裂隙水压力共同作用下一组平行裂隙组的渗流应力耦合关系式.     

裂隙岩体裂隙网络渗流场—应力场耦合的刚体元分析

基于裂隙岩体初始裂隙网络渗流的离散数值模型，首次采用新的数值方法－－刚体元方法进行裂隙岩体裂隙网络渗流场－应力场耦合分析，既避免了经典渗流理论不考虑介质应力的不足，又克服了工程岩体稳定性分析中简单考虑水渗流作用的缺陷。     

裂隙岩体渗流场与应力场耦合数学模型的研究

首先研究裂隙岩体中应力场改变对地下水渗流场的影响作用机理,推导出渗透系数k和给水度μ受应力影响的表达式,进而分析渗流场的变化,地下水的作用引起应力场环境变迁,导致裂隙岩体的渗透变形,在此基础上建立了裂隙岩体中应力场与渗流场耦合作用研究工作程式和具"点荷载"特征的等效连续介质耦合数学模型,并应用于一隧道工程实例进行了计算.     

岩体裂隙非饱和渗流试验系统研制及应用

摘　要: 为了准确测定岩体裂隙非饱和水力参数, 并揭示裂隙非饱和渗流特性及规律, 设计研发了一套裂隙非饱和渗流试验系统。该系统不仅可以实现真正意义上的岩体裂隙非饱和渗流, 而且使用高精密的柱塞泵、 电子天平、 压力传感器和回压控制系统等, 可确保试验的测量和控制精度。通过开展岩体单裂隙非饱和渗流试验, 初步阐明了单裂隙非饱和渗流的一些水力特性: 实际岩体裂隙相对于概化模型裂隙具有更大的束缚水饱和度, 而且由于薄膜水和孔角毛细水的存在, 当饱和度很低时, 非饱和渗透系数也较概化模型裂隙大。建立了毛细压力与非饱和渗透系数之间的试验关系, 通过对试验数据的分析提出了毛细压力-非饱和渗透系数的拟合公式, 根据与前人所建立的经验公式对裂隙吸水和排水过程拟合结果的对比可知, 本文公式的拟合精度高, 对于深入研究裂隙非饱和渗流具有一定的参考价值, 同时, 试验结果表明本文试验系统是准确可靠的, 可用于岩体裂隙非饱和水力参数的测定及非饱和渗流特性的研究。     

小湾水电站坝区渗流场与应力场耦合分析

采用岩体渗流场与应力场耦合分析的多重裂隙网络模型,对小湾水电站坝区建坝蓄水后的渗流场与应力场进行了三维有限元分析与计算。计算结果可知,建坝蓄水使坝区渗流场的补给关系发生变化,且使大坝附近的坝基岩体竖向有效应力增大,也使坝肩岩体的拉应力增大。     

岩体渗流的数学模型和数值分析方法

在分析岩体渗透特性及其影响因素的基础上，建立了岩体渗流的数学模型；研究了岩体渗流的有限单元法，提出了适于解决裂隙结构渗流的节理单元，推导了相应的计算公式并编制了相应的计算机程序。对模型应用中的若干问题进行了探讨。     

节理面渗流性质的探讨

本文在“充填模型”的基础上研究了节理面的变形和渗流特性。通过理论公式与试验数据的拟合表明:在通常工程实战所能遇到的应力水平上,本模型具有一定的合理性,可以应用到节理岩体的变形与渗流的耦合分析中去。     

节理岩体渗流和变形耦合性质的研究

本文针对三组节理的岩体,推导了渗透张量的一般形式。利用这些结果,编制了节理岩体的弹粘塑性变形和渗流耦合分析的有限元程序,并针对某边坡工程实例进行了计算分析。     

裂隙岩体温度-渗流耦合数值流形方法研究(研究生论坛)

在建立岩体裂隙岩体温度-渗流耦合微分控制方程的基础上,基于裂隙网络渗流理论和数值流形理论,通过分析考虑裂隙作用的温度场和流形覆盖与裂隙网络的关系,以裂隙网络节点水头、覆盖温度函数为求解量,提出了裂隙岩体温度-渗流耦合的数值流形方法。该方法利用数值流形理论中网格、覆盖及流形单元的关系,可以在同一数学网格下实现了对温度-渗流耦合场的迭代求解。由于渗流裂隙网络必定会与材料边界相交,所以数学网格不受边界及裂隙限制,能够有效的避免常规方法中裂隙处网格划分问题,因此该方法特别适合于模拟裂隙岩体的耦合问题。最后,运用该模型对部分算例进行了计算,验证了方法的正确性。     

岩体结构面渗流研究现状

岩体渗流实质上就是结构面及其网络的渗流。由于受节理张开度、表面粗糙度、接触面积、裂隙法向应力变化和填充物等影响,从而使岩体结构面的渗流特征变得非常复杂。本从岩体结构面几何特征的数值分析和经验分析讨论了岩体结构面渗流研究状况。     

基于TOUGH2和FLAC3D的流固弱耦合程序开发及验证

传统、新型岩土工程问题诸如压缩空气含水层储能、充气截排水技术、二氧化碳地质封存、油气地下储备工程等均涉及气水两相流与应力耦合.针对这一工程实际,根据非饱和土气水两相渗流-应力弱耦合理论,开发了基于TOUGH2与FLAC3D的气水两相渗流-应力耦合计算搭接程序.该计算程序能够较为真实地模拟气水两相渗流问题,能够探讨流动过程中气水的相互作用及其对过程的影响.程序考虑了气水两相渗流与土体骨架变形直接的相互作用,反映了这一过程中孔隙度、渗透率、毛管压力和土体物理力学参数的变化,实现了更为完善的气水两相渗流与应力弱耦合分析.通过与经典的排水试验和模型试验对比,验证了该程序可以较为准确地模拟气水两相流-应力之间的相互作用.     

基于非饱和大孔隙流双重介质模型的浸水边坡水力响应数值模拟

受地形限制,大量公路、铁路等常出现沿库与沿河线,水位变化是引起库岸滑坡的重要因素。目前边坡渗流研究多集中在非饱和均匀流,对大孔隙边坡非平衡流方面研究仍显滞后。为此,以福建省某一典型库区边坡为例,对比了水位上升时考虑非饱和渗流和非饱和大孔隙流时边坡水分场和稳定系数随时间的变化规律,并分析了水位上升速率（v）、大孔隙域水力传导系数（Ksf）、两域交界处水力传导系数（Ksa）、土粒中心至大孔隙边界距离（a）、大孔隙体积占比（wf）等对大孔隙边坡稳定系数的影响规律及权重。研究结果表明：水位上升中,非饱和渗流下边坡内部基质域含水率明显小于非饱和大孔隙渗流下边坡内部基质域含水率。非饱和渗流条件下边坡浅层向内的水力坡度明显大于非饱和大孔隙流边坡且大孔隙边坡中相同位置基质域含水率远大于大孔隙域（最大达18.9倍）。两种渗流工况下,边坡稳定系数随水位上升均呈现先减小后增大的趋势,并于同一水位（在最高蓄水位高程的一半附近）同时达到最小值。相同渗流工况下,且考虑非饱和大孔隙渗流边坡比考虑非饱和渗流边坡稳定系数更小。增加v、Ksf、a、wf或减少Ksa,坡内两域间水分交换减弱,水分将快速运移至坡体深处,引起地下水位上升,促使边坡稳定性最大降幅达17.7％。v、Ksf和wf对边坡稳定影响占权重较大且相当,Ksa和a所占权重较小且约为前者一半。     

降雨对乐清市久安塘海堤稳定的影响分析

结合浙江东部沿海堤塘安全分析的一个实例,分析雨水或越浪量下渗对海堤稳定的影响,并通过饱和非饱和/非稳定渗流分析数学模型开展堤身不同土饱和度对海堤渗流稳定的影响分析,分析显示海堤土的初始饱和度对海堤渗流影响大,初始饱和度大的海堤在高潮位作用下可以很快形成较高较陡的浸润线,当堤身土体防渗性能差时很容易造成渗透破坏.     

岩质边坡在降雨条件下的稳定性分析

雨水入渗改变了岩质边坡非饱和区渗流场的分布,是引发边坡滑坡的主要因素之一.在极限平衡理论和非饱和土抗剪强度理论基础上,引入了渗透力的概念,利用有限单元法进行了降雨条件下岩质边坡稳定性的分析.最后,利用编制的边坡稳定程序进行了算例分析,结果表明,岩体边坡的稳定安全系数随着雨水的不断渗入在逐渐地降低,即降雨入渗对边坡的稳定具有不利影响.     

Seepage Anisotropy of Heterogeneous Body

Ore dumps are heterogeneous bodies with anisotropic seepage characteristics because of the ore segregation.In an indoor experiment, a dump was constructed with three strata, where the horizontal and vertical seepage experiments were carried out.Horizontals flow are regarded as phreatic plan flows without penetration.Its seepage law satifies the Dupuit equation.With parallel lay seepage model, the equivalent seepage coefficient in the horizontal flow was obtained and was equivalent to the weighted mean of the seepage coefficient of each stratum.An unsaturated flow appeared in the vertical experiment, with a hydraulic gradient of 1.The vertical flow was equivalent to the seepage model that moved in vertical bedding; its equivalent seepage coefficient depended on the stratum with the minimum seepage coefficient.That the experiment showed clear anisotropy in a heterogeneous body was obvious with an anisotropic coefficient between 63 and 155, which is 25 to 100 times larger than that of a homogeneous body.     

非饱和土渗流变形耦合的数值分析

基于一维非饱和土的渗流-变形控制方程,采用Flex PDE（Partial differential equation）软件对该耦合方程组进行求解分析。该方法突破了解析法对非饱和土导水系数函数的特殊限定,适用于任意的土-水特征曲线表达式;还可考虑到饱和时的渗透系数以及孔隙率是变量。与解析解相比,该数值解表现较高的精度,具有解决非饱和土耦合问题的可行性。计算分析表明,非饱和土渗流-变形耦合作用对暂态孔隙水压力分布产生重要的影响,在降雨入渗过程中需考虑土体渗流-变形耦合的影响。降雨初期,位移随着时间明显增大,地表出现下沉,考虑耦合效应的孔隙水压力慢于非耦合情况,原因是H值为正的。随着降雨持续时间的增大,地表下沉的速度减缓,到最后变形开始稳定。位移的变化快慢与孔隙水压力变化规律相同。地表沉降量还与初始孔隙水压力分布以及H值密切相关。饱和时的渗透系数以及孔隙率对非饱和土降雨入渗以及稳态流的分布产生影响,但对其地表变形产生的影响微弱。     

大气作用下非饱和土湿热性状的计算模型与分析

采用湿热耦合非等温流方程,结合实际蒸发和植物蒸腾的边界条件,考虑了水分迁移所引发的非饱和土应力变形行为,建立了大气一非饱和土相互作用的模型。采用该模型,可分析土体的湿热性状,计算由于水分变化所引起的土体变形,工程适用性较强。     

Numerical analysis of seepage flow characteristic of collapse column under the influence of mining

Based on the importance of fractured rock mass seepage research, in order to analyze seepage flow characteristics of collapse column under the influence of mining, a method by embedding fractured rock mass flow solid coupling relationship into FLAC^3D internal flow models is presented according to fluid–solid coupling theory and strength criterion. A calculation model of numerical analysis was established, and the influences of mining pressure and plastic damage to pore water pressure and seepage vector change rule were studied. The results show that collapse column is the main channel of confined water seepage upward. The impact is not big when the workface is away from the collapse column. But when the workface is nearing a collapse column, there will be a seepage channel on a side near the workface, in which seepage vector and head are comparatively large. With workface pushing through collapse column, the seepage channel transfers to the other side of the column. In addition, when the plastic damage area within the collapse column breaks through, a “pipeline flow” will be formed within the column, and seepage field will change remarkably and the possibility of water bursting will be greater.     

基于SEEP/W程序的堤防截渗墙防渗性能研究

以沁河河道现状堤防为研究对象,通过对工程地质条件的分析,建立地质概化模型,采用地下水渗流程序Geo Studio-Seep/W建立二维有限元模型,分析截渗墙的深度和厚度对防渗性能的影响。研究结果表明:截渗墙明显降低了地下水的浸润面,增加了非饱和土的范围,同时减少了高水头的范围,对大堤和堤基土的稳定性有利;截渗墙对断面流量、出逸高度和出逸坡降都有明显的降低,而截渗墙厚度对以上因素的影响不大;全截式截渗墙的防渗效果最好,改变全截式截渗墙的深度,防渗效果没有改变,截渗墙厚度为20 cm、深入相对隔水层1~2 m时,可满足防渗要求。