粗糙单裂隙渗透性尺寸效应及其影响因素研究

裂隙岩体渗透性尺寸效应是岩体水力学研究中的一个热点问题.为探明岩体渗透性随试样尺寸的演变规律及其主控因素,从粗糙单裂隙入手,首先假定裂隙开度服从正态分布,并用COMSOL数值分析软件生成系列尺寸的粗糙单裂隙模型;然后通过求解Reynolds方程,开展变裂隙开度、粗糙度和法向应力条件下的系列尺寸单裂隙渗透数值模拟,并通过...     

坝基岩体裂隙渗流效应数值模拟方法

为获取工程尺度的裂隙岩体三维渗流效应,在裂隙岩体基质岩块和裂隙水力传导特性研究基础上,推导了含裂隙单元渗透系数表达式。基于嵌入裂隙单元(EFE)模型,使用离散裂隙网络(DFNs)技术与连续介质渗流分析方法,提出了利用连续介质渗流分析方法模拟非连续介质渗流效应的数值模拟技术,通过算例对该方法的有效性进行了验证,分析了单元尺度大小对该方法计算准确性的影响,并提出了提高计算精度的措施。工程实例研究表明裂隙岩体渗流分析的EFE模型能够真实地模拟坝基岩体渗流路径和孔隙压力分布,更好地揭示坝基的扬压力实际非规则分布形态。     

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.     

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，     

裂隙岩体渗流特性的各向异性试验研究

针对裂隙试件,在考虑裂隙表面粗糙性的立方定理修正经验公式的基础上,采用分析岩石渗透系数的等效沟槽模型对粗糙裂隙的渗流进行分析,推导得到考虑曲折效应的裂隙渗流计算公式,并根据裂隙试件J1、J2及J3的数值计算结果确定渗流计算公式中的待定常数,然后采用裂隙试件J4、J5对渗流计算公式的准确性进行验证。将本文渗流计算公式得到的裂隙试件渗流结果与数值计算结果进行比较,结果表明:考虑曲折效应的裂隙渗流计算公式计算结果与数值计算结果基本一致,且两者的计算结果吻合较好,验证了裂隙渗流计算公式的准确性。     

一种求解岩体裂隙开度的简便方法及其应用

岩体中裂隙的开度在应力作用下将发生变化，其变化必将影响岩体的渗透性能，所以，研究在应力作用下岩体裂隙开度的变化规律对研究岩体渗流场具有十分重要的意义。为此，推导出在应力作用下岩体裂隙开度的计算公式，并利用实验成果对公式的正确性进行验证。结果表明，利用修正后的立方定律和由计算公式得到的渗透系数吻合很好，公式完全正确、可靠，同时也验证了立方定律的正确性。     

裂隙岩体宏观力学参数数值仿真模拟研究

岩体的参数确定一直是岩土工程中的一个重要及困难的问题，将整个工程岩体划分为不同尺寸等级的计算试件，依据室内外基本材料试验成果，采用数值仿真方法依次计算各级别计算试件，最后得到岩体的宏观力学参数．计算结果与实际情况值基本吻合，该计算方法解决了物理试验对岩体参数评价的局限性以及在整体模型计算中参数选取的任意性。     

关于卸荷岩体尺寸效应的数值仿真研究

准确地估计岩体的强度和变形参数,对于实际工程的设计和施工以及边坡岩体的稳定性分析,都具有十分重要的意义。而含有多级裂隙岩体的参数确定,一直是岩土工程中的一个重要及困难的问题。以某电站厂房开挖边坡为工程背景,运用数值仿真模拟试验方法研究了卸荷岩体的尺寸效应问题,并采用先小尺寸后大尺寸、先小裂隙后大裂隙、逐级模拟的分级计算方法,取得了边坡岩体的卸荷宏观力学参数。     

基于ＢｌｏｃｋＤｙｎａ的裂隙岩体压水灌浆规律数值模拟研究

采用块体动力学分析系统（ＢｌｏｃｋＤｙｎａ）中的渗流模块,对裂隙岩体中的压水灌浆规律进行了数值模拟。采用达西渗流模型描述压水过程,采用宾汉渗流模型描述灌浆过程,分别探讨了裂隙数量、裂隙开度对压水吕荣值及灌浆注入量的影响规律。计算结果表明,随着裂隙数量、裂隙开度的增大,吕荣值及浆液注入量均呈现逐渐增大的趋势。裂隙开度对压水吕荣值的影响是二次方关系,裂隙条数是一次方关系,裂隙开度对压水吕荣值的改变更为敏感。由于裂隙随机性及浆液进入截止开度等因素的影响,使得浆液最终注入量会出现局部反常现象。     

地下岩体裂隙蠕变渗流耦合分析

震后断层区岩体裂隙的愈合对于地震水力响应研究具有重要的作用.为研究裂隙岩体愈合对深部断层区渗透率时空演化规律的影响,在离散裂隙网络耦合模型基础上加入裂隙蠕变效应,建立裂隙岩体流固耦合时空演化模型,并利用COMSOL Multiphysics对建立的耦合方程进行求解.结果表明:封堵之前,常规的耦合渗流达到稳定状态,由于具有完整的通道,任意时刻的流固耦合并不能改变流体的压力;随着封堵发生,在蠕变效应下,裂隙开度减小,单元体渗透率降低,流体压力增大.该研究成果为震后破裂带岩体的愈合机理及渗透率演化分析提供了理论依据.     

单轴压缩下不同裂隙张开度岩石破坏数值模拟

为了研究不同张开度裂隙岩体单轴压缩过程中的力学特性,以裂隙试样室内试验结果标定岩体细观参数,采用改进刚体弹簧元法对不同张开度裂隙试样压缩破坏过程进行数值模拟。结果表明:试件峰值强度随着裂隙张开度的增大表现出先增大后减小,最后维持稳定的规律;根据微裂纹起裂位置,将不同张开度裂隙岩体破坏模式总结为3类,并得出最终失稳破坏本质上都是由张拉所致的结论;随轴向应变增加,试件内部微裂纹的发育速度逐渐提高,但剪切裂纹数量远小于张拉裂纹;最后通过位移场演化规律从细观层面揭示了微裂纹开裂的力学机理。     

渗流侵蚀作用对岩石裂隙剪切特性的影响试验

为研究岩体裂隙受渗流侵蚀作用后剪切特性的变化及其演变机理,对新鲜的和经120 h渗透侵蚀作用的两组不同试件进行对比剪切试验,分析了剪切试验曲线、峰值抗剪强度、残余抗剪强度以及初始剪切刚度的变化.试验结果表明:与新鲜粗糙裂隙相比,经过渗流侵蚀作用后的粗糙裂隙剪切应力剪切位移曲线及法向位移剪切位移曲线无太大变化,但剪缩位移...     

三维裂隙网络非稳定渗流数值分析

研究裂隙岩体中渗透水流随时间、边界条件的变化规律,从而客观反映渗透水流情况,具有重要的意义。本文针对分布特别稀疏的三维主干岩体裂隙网络,以渗流区内的水量平衡原理为依据建立基本方程,推导三维岩体裂隙网络非稳定渗流的基本方程;并将三维裂隙网络渗流理论及有限元数值方法运用于主干岩体裂隙网络渗流分析中。基于裂隙岩体网络非稳定渗流数学模型,编制相应的程序。对于工程实例,根据实测情况利用Monte-Carlo模拟出岩体中二级裂隙网络分布情况进行分析,然后进行了三维非稳定渗流分析。计算结果充分体现了岩体中裂隙网络的储水性,当边界条件发生变化时,裂隙岩体中水头分布变化存在一定的滞后性;并表明主干裂隙的强导水性,使得裂隙岩体中的主干裂隙的渗流分析成为渗流分析中的重点。     

岩石混凝土类材料单裂纹水力劈裂研究述评

阐述了岩体水力劈裂两个层面的涵义．从单裂纹的水力劈裂模型、实验研究、数值仿真技术、裂纹内水压力分布等介绍了国内外的理论研究、方法和成果．分析了水利水电等工程中的水力劈裂与人工致裂边界条件的不同．最后,提出单裂纹水力劈裂需研究的几个问题．     

考虑水流温度影响的三维岩体裂隙网络非稳定渗流场数值分析

水流温度对裂隙岩体中渗流场分布规律的影响是岩体水力学研究的热点问题。在分析水流温度对裂隙水流影响机理的基础上,建立了考虑水流温度影响的岩体裂隙渗流场数学模型,采用有限元法对其进行数值求解。研究结果表明：考虑水流温度影响较不考虑水流温度影响的渗流场水头值普遍偏高;水流温度对渗透系数的影响在水流温度影响渗流场分布的过程中起主导作用;裂隙宽度越大,水流温度对裂隙渗流场的影响越明显。     

岩体分形离散裂隙网络系统中流体流动模拟研究进展

回顾了岩体裂隙系统的位置、轨迹长度、方位和开度等几何拓扑结构参数的分形特征表征方法,分析了CT扫描技术对分析裂隙分形特征的重要作用,系统介绍了逾渗理论在裂隙网络系统连通性研究方面的成果,并对基于Monte-Carlo随机模拟的岩体裂隙网络系统生成方法和岩体分形离散裂隙网络系统中流体流动模拟等研究成果进行了综述。基于岩体裂隙系统的分形特征和逾渗特征建立的离散裂隙网络系统模型能够真实反映岩体裂隙的结构特征,并揭示岩体分形离散裂隙网络系统中流体流动机理,但目前尚无大型的逾渗数值模拟商业软件,分形离散裂隙网络逾渗模型算法的实现将成为研究的热点。     

岩体裂隙网络非线性渗流分析

裂隙中水流为紊流状态时，流量与水力坡度呈非线性关系，不再满足线性的立方定律，以岩体裂隙网络中结点的水量平衡来建立岩体裂缝网络非线性渗流控制方程式，提出矩阵求解方法和迭代运算步骤，并给出应用算例与验证。算例结果表明，不能采用岩体裂隙网络线性渗流规律来代替岩体裂隙网络非线性渗流规律。     

岩体单裂隙流固热化学耦合作用数值模拟研究

为全面研究渗流、应力、化学、温度影响下岩体裂隙的变化,建立了岩体单裂隙的流-固-热-化四场全耦合数学模型,并以Comsol Multiphysics软件为基础,将该数学模型转化为一个统一的偏微分方程组,实现了四场全耦合数值求解。该模型给出了更接近真实物理过程的数值解答,避免用松散耦合法求解多场耦合问题带来的误差。同时通过对两个实例的计算模拟,分析了在渗流、压应力、水化学溶蚀和温度等多因素耦合作用下,岩体单裂隙渗透特性的变化规律,得出了裂隙岩体渗透特性的影响机理和关键影响因素。     

Evolution of limestone fracture permeability under coupled thermal,hydrological, mechanical,and chemical conditions

The effect of temperature on the rock fracture permeability is a very important factor in the prediction of the permeability of enhanced geothermal systems and in reservoir engineering. In this study, the flow-through experiments were conducted on a single limestone fracture at different temperatures of 25℃, 40℃ and 60℃, and with differential pressures of 0.3 MPa and 0.4 MPa. The experimental results suggest a complex temporal evolution of the fracture aperture. The aperture increases considerably with increasing temperature and reduces gradually to a steady value at a stable temperature. The results of three short-term experiments （QT-1, QT-2, QT-3） indicate an exponential relationship between the permeability and the temperature change ratio （△T/ T）, which provides a further evidence that the rising temperature increases the aperture. It is shown that the changing temperature has its influence on two possible accounts： the chemical dissolution and the pressure dissolution. These two processes have opposite impacts on the fracture permeability. The chemical dissolution increases the permeability with a rising temperature while the pressure disso- lution reduces the permeability with a stable temperature. These make a very complex picture of the permeability evolution. Our results show that the fracture permeability reduces 39.2% when the temperature increases by 15℃ （during the 25℃-4℃ interval） and 42.6% when the temperature increases by 20℃ （during the 40℃-60℃ interval）. It can be concluded that the permeability decreases to a greater extent for larger increases in temperature.     

基于细观结构性能和尺度的混凝土材料层次尺寸效应解析理论

本文以细观为基本研究尺度,认为混凝土材料层次尺寸效应主要根源于粗骨料、砂浆以及界面等细观结构性能和尺度的不确定性。首先,基于建立的能够考虑细观结构影响的混凝土I-型裂缝断裂破坏分析模型,采用理论解析法对不同级配混凝土宏观力学性能预测方法进行了修正;进而,提出了一套混凝土材料层次尺寸效应解析理论,并分析了混凝土宏观力学性能随细观结构性能和尺度的变化行为。分析结果表明:单轴拉伸加载条件下,强骨料夹杂混凝土中界面力学性能、骨料含量和最大骨料粒径均显著影响细观断裂裂缝中界面裂缝的占比,从而影响到混凝土宏观力学性能随细观结构性能和尺度的变化行为。