岩体结构面的渗透性网络模拟研究

通过对裂隙岩体露头处的裂隙进行调查统计,根据备结构面的分布特征,进行计算机裂隙网络模拟.利用数值计算方法求解等效岩体渗透张量,通过对服从莱分布的裂隙网络进行多次抽样,得到该分区岩体渗透性的系列等效值,进而可以评价研究区岩体的渗透性状况,同时为合理评价工程岩体的稳定性提供科学依据.图3,参7.     

一种裂隙土的双重入渗模型及对边坡稳定的影响

在降雨条件下,裂隙的存在为雨水在土中的入渗提供了优势通道,导致雨水在裂隙土坡中的入渗具有不均匀性;裂隙会优先饱和,使得裂隙网络和基质存在水头差,导致基质和裂隙网络存在横向的水流交换.文中将裂隙土表示为由裂隙网络和基质共同组成的双孔隙系统,基于双孔隙模型的Richard渗流方程和伽辽金法,分别求得基质和裂隙网络的压力水头分布,并与Hydrus-1D的计算结果进行了对比分析,验证了该方法的合理性.同时发现,基质和裂隙网络的湿润峰面分布不同,前者陡直,后者平缓.边坡稳定性分析表明,基质宽度越大,雨水入渗影响边坡稳定性的范围越深;当基质宽度变小时,雨水入渗接近均匀入渗,雨水入渗影响稳定性的深度变小,但是饱和度的增加使得浅部土体的抗剪强度降低更大.     

低裂隙密度条件下三维裂隙岩体的有效渗透性

裂隙岩体的渗透性是许多地下工程的重要参数之一。低裂隙密度下岩体渗透性特征与目前广泛研究的高裂隙密度显著不同,并且具有强烈的不确定性。该文首先提出了一种裂隙多孔介质渗流数值方法,该方法建立在等效离散裂隙网络模型之上,采用二维三角形单元网络等效描述三维岩体的孔隙基质和裂隙,推导了等效单元导水系数的解析表达式。该方法自然考虑了裂隙与基质之间的流量交换,且无需添加额外的参数。随后,对不同裂隙密度、不同研究尺度的裂隙岩体渗透性进行了Monte-Carlo模拟。结果表明:裂隙网络是否贯通研究区域对有效渗透性影响巨大;裂隙岩体的有效渗透性在低密度区间内存在独有的尺度效应;将岩体的渗透性依据网络是否贯通分类后,两类渗透性平均值依据样本尺度呈现规律变化,该规律能够用帮组建立不同尺度下岩体有效渗透性之间的关系。     

溶洞在电阻率层析成像图中的成像特征及其解释推断

为研究溶洞在电阻率层析成像图中的成像特征,对江西省南昌—上栗高速公路沿线岩溶地层进行勘察,并建立相应的数值模型进行正演。在已勘明的溶洞中,分别选取大跨度空溶洞、大跨度填充溶洞、小跨度空溶洞及小跨度填充溶洞,观察其成像特征,分析得到不同厚跨比及填充情况下的溶洞在电阻率层析成像图中的成像特征,从而建立溶洞成像特征树图。模拟均匀空间中同时存在高阻介质和低阻介质的情况,并与勘察结果对比。最后在工程实际中应用溶洞成像特征树图,进行电阻率层析成像图的解释推断,同时结合钻探成果验证该方法的正确性。结果表明:高阻异常和低阻异常主要出现于大跨度空溶洞和大跨度填充溶洞,而在小跨度空溶洞和小跨度填充溶洞中并不明显;等值线弯折必然存在于填充型溶洞,且经常伴随低阻异常出现。数值模拟发现,等值线总是倾向于向低阻介质聚集,从而产生等值线弯折的现象;与此同时,由于电阻率等值线聚集于低阻介质附近,延伸受到很大限制,从而产生低阻屏蔽效应。在溶洞跨度较大的情况下,成像特征主要表现为高阻异常和低阻异常,解释推断较为简单;但在溶洞跨度较小的情况下,由于低阻屏蔽效应,小跨度空溶洞或较薄的溶洞顶板等高阻介质经常被遮盖,为解释推断带来较大困难。     

裂隙岩体水-岩耦合传热研究

基于热运动控制微分方程,采用有限单元法模拟水流通过简单裂隙岩体的温度场,以研究水岩耦合传热规律.在裂隙水流速不变条件下,比较裂隙宽度变化引起的稳定温度场分布差异,探究裂隙宽度对水流耦合传热的影响.裂隙单宽一定时,研究不同裂隙水流速条件下岩体温度分布变化,结果表明温度场分布对裂隙水流速较为敏感.当裂隙岩体温度高于裂隙水温时,裂隙周边区域的岩石温度随裂隙水流速增大而呈非线性递减趋势.     

高密度电法在岩溶勘察中的应用

随着高速公路建设的快速发展,岩溶作为一种典型的不良地质现象在施工建设中的危害越来越明显.该文简要介绍了高密度电阻率法所基于的静电场理论和工作特点,应用该方法在某高速公路建设中的岩溶勘察进行了探测,获得了测区部位的视电阻率二维成像图;通过对视电阻率二维成像图异常形态、高低阻等特征的分析,推断出地下岩溶、溶洞的分布范围、大小和埋深.经钻探资料证实,推断结果与实际情况相吻合.     

高密度电法技术在煤矿水患探测中的应用

摘要 ：本文简要介绍了高密度电阻率法的原理,并利用高密度电阻率法对某煤矿的8012拟建巷道进行水文地质探测。推测待开采区隐伏节理裂隙、隐伏岩溶及地下水异常的分布特征,说明高密度电法在探测煤矿水文地质方面是可行、有效的。为矿区预防水灾、安全生产提供参考依据。     

岩体裂隙网络的二维分形仿真

以裂隙在岩体分布中具有自相似性为基础,建立了一个岩体裂隙计算机模拟方法,该方法考虑了裂隙分布的方向性和成带性特点,利用分维原理产生仿真裂隙网络,还给了 模拟实例,对岩体的稳定性和渗透性评价有实际指导意义。     

裂隙岩体流热耦合的三维有限元模型

利用传热学和渗流理论,建立了深部裂隙地层流热耦合传热的三维数学模型。采用渗流和导热微分方程描述了裂隙岩体渗流场分布和水流及岩体的温度场分布,结合边界条件及计算参数对裂隙岩体的流固耦合传热进行了数值模拟。数值模拟结果表明:岩体内裂隙水流所引发的热质迁移,对裂隙岩体的温度场分布有重要影响。断裂带及地下水流的存在改变了岩体的原有温度场分布。模型揭示了岩体与裂隙水流之间发生的对流换热现象,模拟了岩体内的温度场分布,实现了由点向场的转变。模拟结果与实际情况相吻合,表明采用该方法研究裂隙岩体的流固耦合传热是可行的。     

不同空间方位异常体的直流电阻率法分析

在运用电流电阻率法进行勘探时,对异常构造的实际位置准确定位以及位置偏差的校准,都能够提高其勘探效果.为了研究直流电阻率法对低阻板状异常体在空间方位上的变化,利用COMSOL软件进行三维半空间的直流电阻率法模拟研究.首先采用点电源对COMSOL软件模拟的数值解与解析解进行误差分析;然后采用单极-偶极和偶极-偶极装置对板状...     

由统计规律模拟生成的岩体裂隙网络的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.利用MonteCarlo模拟岩体中裂隙网络分布情况,基于裂隙岩体网络非稳定渗流数学模型,编制相应的程序,并通过算例进行验证,进而对工程实例进行分析.结论表明:运用MonteCarlo方法模拟岩体中裂隙网络分布状况并进行渗流分析是一种较好的分析方法;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,并且当边界条件变化一定时,岩体中水头分布受时间变化影响不大.     

基于二维高密度电阻率勘探数据的三维反演及应用

针对目前高密度电阻率法所采用的数据处理方法主要是把地质结构体视为二度体进行二维处理,从而二维数据资料处理结果只是一种近似解释,其计算精度与反演效果达不到精确反演的要求,设计一种典型的地质体模型,利用有限单元法进行正演计算,对含有高斯随机误差的各测线二维正演数据分别进行高密度电阻率法二维、三维反演,对比二维和三维的反演结果.最后在广东某场地采用高密度电阻率法对岩层划分,利用二维勘探的数据进行二、三维反演.研究结果表明:三维反演受高斯随机误差的影响更小,反演结果与实际地质模型更接近;三维反演在岩层划分中更能凸显岩层分界面区域,岩层的空间分布及岩层、覆盖层的整体连续性能更真实地体现,与钻探结果吻合程度更好.     

非饱和土壤水流运动特征的显色示踪

为了研究非饱和土壤水流的运动特征,在原状土条件下运用碘-淀粉显色示踪方法,开展了6组入渗试验.通过对试验区域土壤水入渗分布的统计分析和土壤水深层渗漏量的计算,研究了土壤水流的非均匀流动与入渗水量和试验尺度之间的关系.研究结果表明,土壤水流运动表现出明显的非均匀特征;土壤水流运动的非均匀程度随着入渗水量的增大而表现出减小的趋势;土壤水流运动的非均匀程度随着试验尺度的增大而表现出增大的趋势;土壤水的深层渗漏率随着入渗水量和试验尺度的增大而呈非直线性增大.     

平面裂隙接触面积对裂隙渗透性的影响

岩体裂隙中往往存在充填物或因应力作用使裂隙局部区域闭合，因此，实际裂隙常存在接触区域而极少为完全张开型。接触区的存在必将影响裂隙的渗透性，本文运用数学模型对此问题进行了研究。文中的模型采用随机分布理论模拟接触面积的分布，并采用等参单元技术对圆形、矩形两类裂中的水流进行计算和分析，得出了接触面积对裂隙透系数及流量影响的表达式。现有的室内试验数据验证了部分计算结果。计算表明，接触面积对裂隙渗透性影响较     

深部裂隙岩体温度场及其控制因素

分析了深部裂隙岩体温度场随深度基本变化特征及其主要影响因素,用数值模拟方法研究了裂隙水流对岩体温度场的影响特征,分析了裂隙围岩温度场与裂隙中水流温度场相互影响的主要特征和主要因素.通过假设的理论模型模拟计算了岩石热传导性、水岩热对流交换系数等因素对裂隙岩体温度场的控制作用,定量分析了不同因素对裂隙岩体温度场的影响特征,为研究深部矿井热害特征及其热害防治与地热综合利用提供了科学的依据.     

单裂隙非饱和渗透荷载分布规律

为探明降雨入渗时裂隙岩体非饱和区渗透荷载分布规律 ,利用自行设计制作的单裂隙渗流实验装置 ,对一垂直单裂隙在有降雨入渗条件下的非饱和区渗透荷载分布规律开展了一系列的实验研究。获得了有实用参考价值的非饱和区渗透荷载分布规律特征 ,弥补了以往采用各种假定进行非饱和区渗透荷载取值所存在的严重不足。这一实验成果为实际岩体工程的渗流稳定分析提供了实验依据和新的有效方法 ,使工程的安全性和经济性这一矛盾问题能得到较合理的解决     

用边界积分方程法对地下目标体基本定位

利用边界积分方程数值模拟法研究了均匀半空间 (地下 )多个三维体条件下的地表视电阻率响应 .此外 ,在微分测深、温纳尔测深及耦极 耦极测深装置下 ,分析了三维地质体的地表视电阻率响应及异常形态与地质体几何参数的对应关系 .通过数值模拟得出了地面各类装置的测深资料特征与地下 (电性 )不均匀体几何参数的基本对应规律以及进行空间定位的方法 ,为目标体成像奠定了基础     

高密度电法在煤层工作面底板含水体探查中的应用

根据高密度电阻率法的工作原理、装置形式和异常特点,结合对华丰煤矿31105工作面底板含水体探测的实例,阐述高密度电阻率法在矿井含水层富水性评价过程中的应用,通过地电影像的图像显示,使得断面异常形态清晰明了.探查结果表明,31105工作面底板存在五个主要的徐、奥灰低阻异常,为底板水防治的重要部位.     

裂隙岩体渗流及污染物迁移模型的数值模拟研究

裂隙岩体的非均质性使得其渗流问题与传统多孔介质渗流存在本质差别.目前流行的裂隙渗流模型包括:离散裂隙网格模型;双重连续介质模型;等效连续介质模型.介绍上述方法优劣,并以中国东部某岛屿为基础,基于等效连续介质法,建立三维渗流模型以及污染物迁移模型.数值模拟结果显示,污染物被岩体的吸附程度对污染物运移影响巨大;降水入渗量增多会使得水流速度增快,却不会显著提升污染物运移至边界的时间,反而由于其增大了污染物向四周扩散的趋势,致使较少污染物迁移至边界;距断层较近的污染源不仅会导致污染物迅速迁移至边界甚至地表,并且质量分数显著提升.     

基于三维高密度电阻率法的露天铁矿山采空区精准探测

针对露天铁矿山地下隐伏采空区精准探测的技术难题，以某露天铁矿山实际矿床地质特征和不同岩矿体电阻率值为基础，建立三种异常识别模型，分析横向电性不均一条件下采空区的异常响应特征，得到了地电场分布规律并通过现场试验进行应用研究.结果表明：异常识别模型能够较准确地模拟地电场分布；三维高密度电阻率法在大面积探测工作中能够有效克服二维高密度电阻率法体积效应对采空区位置精准判别的干扰，减弱了异常扩展等效应.