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。     

DDA中裂隙岩体渗流网络识别方法的改进及应用

裂隙网络是岩体渗流的主要通道,对其进行准确高效的识别是实现基于DDA的渗流应力耦合方法的重要步骤。通过建立环块体裂隙排列数组,以裂隙为搜索路径,提出更简单、效率更高的节点识别方法;同时提出外边界、边界节点及外边界角点的识别方法,构建出包括以上要素的完整裂隙网络,使外水压力荷载能有效施加在块体系统上,扩展DDA裂隙网络识别方法的适用性。将此方法应用于基于DDA的渗流应力耦合模型,并结合算例进行考虑渗流应力耦合的数值计算。结果表明,该方法可准确识别出复杂裂隙网络,可结合基于DDA的渗流应力耦合程序完成模拟计算。研究成果为裂隙岩体在渗流状态下的失稳判断提供了依据。     

层状裂隙岩体有自由面的渗流分析

针对互层状裂隙岩体中的渗流问题,总结了互层状裂隙岩体中的层面裂隙和构造裂隙发育规律,提出了一种互层状岩体中裂隙网络生成方法并基于双重介质饱和一非饱和渗流模型分析了软岩中存在和不存在切层裂隙两种情况下自由面渗流问题,讨论了层面裂隙、层问裂隙和切层裂隙隙宽对自由面的影响.结果表明,在互层状裂隙岩体有自由面渗流中可能出现多层自由面的现象,取决于层间、切层及层面裂隙隙宽的组合.     

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。     

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.     

多场耦合条件下岩体裂隙流动特性分析

在岩体渗流场-应力场耦合作用下,裂隙流被处理成粗糙壁面狭窄流道中的Poiseuille 流,岩面粗糙度及缝内充填物对流动的影响用裂缝的几何分形特征表述,建立了相应的耦合流动控制方程.以某工程裂隙为算例,使用基于有限元法的分离迭代格式计算了裂隙流在岩体渗流场、应力场耦合作用下的流动特性,得到了裂隙几何分形特征与裂隙流量、流动与岩体应力及裂隙宽度的数值关系.     

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.     

变开度的岩体裂隙网络非稳定渗流数值分析

根据裂隙的几何特性所服从的分布特征,利用Monte-Carlo方法模拟岩体裂隙网络分布以及裂隙张开度.基于裂隙岩体网络非稳定渗流数学模型,编制程序并通过工程算例进行分析比较.结果表明：运用Monte-Carlo方法模拟岩体裂隙网络分布状况是比较好的方法;变开度时岩体裂隙渗流有明显的偏流效应现象,裂隙变开度时其滞后效应比等开度时更加明显;在变开度条件下,当上下游水头差较大时,水头分布变化受张开度的影响较大,不宜忽略,当上下游水头差较小时,影响非常小可以忽略.     

裂隙岩体初始渗流场反演

初始渗流场的确定对于工程渗控设计具有重要的指导意义,而影响初始渗流场计算结果的主要因素为渗透系数和边界水头。因此,从提高初始渗流场计算结果的准确性出发,将裂隙产状和压水试验相结合来确定裂隙岩体渗透张量,并将粒子群算法应用到边界水头的反演中。工程实例表明,相比于传统的初始渗流场确定方法,采用所提方法计算所得测孔水位与实测水位误差更小,说明该方法有效可行。