水位波动条件下盾构极限支护压力半解析研究

为研究潮汐作用对盾构隧道开挖的影响,采用有限元软件COMSOL建立三维数值模型,得到水位波动条件下盾构隧道开挖面前的渗流场变化规律,发现粉土地基中的渗流存在幅值衰减与相位滞后现象.将计算所得渗透力应用到"楔形体—棱柱体"极限平衡模型中,计算并分析开挖面极限支护压力在水位波动条件下的变化特征,发现极限支护压力的波动与隧道埋深比、土层性质、边界水位波动等因素相关.随着隧道埋深比的增大和波动周期的减小,极限支护力的幅值衰减与相位滞后更为显著.潮汐作用下的极限支护压力最大值比最高潮位稳态渗流情况要小,支护力的最大值与最高潮位出现的时间不一致.     

考虑群井效应下的预降水引发地表沉降计算与分析

潜水层基坑开挖前预降水处理会引起地表沉降,提前预测地表沉降数值对于实际工程具有重要意义。对于预降水处理引起的地表沉降值,采用理论计算和数值模拟的方法分别进行求解。理论计算考虑群井效应,提出预测水位降深曲线,以原地下水位和预测水位降深曲线为分界,分区计算沉降量,叠加后得最终沉降量;数值模拟采用PLAXIS 3D建模,用井单元模拟降水井,流固耦合对预降水期间周围地表沉降求解,并揭示群井效应下抽水流量和孔压变化规律。为验证理论计算方法可行性,用规范法计算结果和工程实测数据加以验证分析,结果表明,所用理论计算和数值模拟值方法能较好地接近实测值,具有一定的工程实用价值。     

双重多孔介质中考虑井损的三维渗流方程的解析解

从六十年代开始,国内外就有许多学者从事裂隙-岩溶介质(以下简称双重介质)中的渗流问题研究,并提出许多双重介质渗流模型,见文献[1],[2],[3],[4],[5],[6]。但从可以看到的文献资料,还未见到考虑井损的双重介质渗流模型。可是,抽水时由于井损在井内和井壁附近的水流都呈现三维流态。本文建立了考虑井内偏流、井壁摩阻以及井内水流加速运动等水头损失的双重介质三维渗流模型,并给出了定解问题的解。解的结构由两部分组成:第一部分为双重介质中二维流水位降深;第二部分为双重介质中共损引起的水位降深。实践表明,根据本文理论解所作的曲线基本接近抽水井中水位变化曲线,即抽水初期有滞后现象。可知本文提出的解是符合双重多孔介质井流特征的。     

上海地区多含水层系统深部承压层降水诱发地层响应规律

软土地区多含水层系统承压层抽水存在越流现象，地下水渗流和区域地层变形响应规律复杂.基于某超深地下工程承压水抽水试验，采用数值方法研究软土地区多含水层系统第二、第三承压层降水的地质环境响应.建立了三维有限差分模型，考虑流固耦合效应和土体小应变刚度特性，模拟了不同埋深承压含水层抽水试验，对比分析各承压层抽水引起的承压水头降深和深层土体变形时空分布特性.结果表明，第二承压层水位降深较小，但引起的地表沉降更大；第二和第三承压层抽水引起降水层的压缩变形分别占地表沉降的56.18%和77.69%.主要原因为浅部土层压缩性高，相同降深条件下引起的土层竖向压缩量更大；且第二承压层与上部弱透水层的水力联系较强，越流作用明显，导致抽水引起的地下水水位降深在深度方向的影响范围更大.研究成果对后续超深基坑降水施工及环境变形控制具有重要的参考价值.     

长春地铁某区间降水方案设计与优化

以长春地铁某区间降水工程为例，介绍了基坑涌水量、单井出水量及降水井井深、数量和间距的计算，并用有限元软件Midas GTS NX 对不同的降水井井间距进行模拟分析，得到了适宜的降水井井间距和井水位降深值，达到了既能满足现场施工的要求又能节约降水工程造价的目的。     

沙漠边缘绿洲灌区对地下水开采的约束作用

沙漠地区生态系统非常脆弱,地下水的开采应以不破坏现有的生态平衡为前提。文章以塔克拉玛干沙漠南缘桑株河流域为例,在数值模型的基础上,根据作物、植被正常生长与地下水水位埋深的关系,通过定义极限水位附加降深,探讨了绿洲灌区对地下水开采的约束作用。结果表明,若水源地运行仅以地下水可开采量为约束条件,运行20a后将引起乔达灌区与木吉灌区的水位附加降深值分别达7.5、5.6m,远大于极限水位附加降深值3.0m,从而致使作物减产、植被枯死。因此,应以现有绿洲灌区的正常生长为约束条件,制定相应的地下水开发利用方案。     

粘弹性多孔介质渗流方程严格解的数值分析及应用

1976年Brutsaert和Corapcioglu[1][2]提出了粘弹性多孔介质渗流积微分方程的边值问题,并给出了近似解.在1980年至1981年凌镛镛,吴林高和吴林高分别依据线性常系数偏微分方程的基本解理论给出了方程的严格解。由于该严格解是不能用初等函数经有限步计算来表示的,所以难以用于生产实际。本文对严格解采用数值积分方法,得到了可用于生产实践的粘弹性多孔介质水位降深和地面沉降量的两个计算式,并用ALGOL语言编制了计算机程序.另外,本文还给出求参数的方法和计算实例。从实例可以看出;Brutsaert-Corapcioglu[3]近似解计算的水位曲线偏离实测水位曲线较大,而根据本文的理论公式计算的水位曲线与实测水位曲线基本一致。     

淮南市区浅部松散含水层渗透性的研究

本文在分析淮南市区浅部松散层地质及水文地质条件的基础上,应用不同水文地质块段的单孔抽水试验成果,采用多种计算方法(如泰斯公式、承压含水层残余降深公式、无压含水层小降深条件下残余降深公式)计算全市区浅部松散含水层不同地点的渗透系数K值,根据K值的展布特点找出了市区浅部松散含水层的渗透性特征,为进行淮南市区浅层地下水资源的合理评价提供了必要的参数.     

基坑降水引起地表沉降过程数值模拟

通过对地下水渗流理论进行分析,计算出任意点、任意时刻的水位降深数据.根据固结理论得出地表沉降数据,通过交叉验证对插值方法有效性进行评价,根据有效性评价的结果选择出最合适的插值方法,并在此基础上,实现地表沉降过程的数值模拟.根据预测降水开始后不同时间段基坑周围的地表沉降量,可以及时采取有效防护措施,降低基坑抽水对周围环境的影响.     

地下结构抗浮设防水位和浮力计算

大量地下车库、下沉式广场等地下建筑的兴建,使抗浮问题非常突出。针对地下结构设计时抗浮设计水位的确定和水浮力计算问题,分析了地下水赋存状态与渗流特性、基础埋深与地下水层关系,介绍了设防水位的合理选取及水浮力实用计算方法,最后给出了工程算例。     

船闸闸室灌泄水过程非稳定渗流特性

为了研究船闸闸室在非均质成层地基、灌泄水条件下的非稳定渗流特性,根据渗流基本理论,将渗流分为固结渗流与瞬时稳定渗流。以工程实例为依托,利用有限元软件ABAQUS建立二维渗流模型,模拟船闸灌泄水过程,考虑流固耦合,分析非稳定渗流特性及影响。结果表明,随着灌泄水的周期性变化,测压管水位存在周期性、衰减性与滞后性;在灌泄水过程中,存在泄水、灌水速度零点;泄水末期,非稳定渗流计算的渗透应力沿高程均大于低水稳定渗流计算值,渗透稳定系数降低,发生渗透破坏的可能性加大。因此,在船闸防渗设计中应充分考虑非稳定渗流场的影响。     

渗流作用下柱状节理岩体强度特性试验

为研究白鹤滩水电站柱状节理玄武岩在高渗透压力作用下的强度特性,采用与水电站现场岩体物理力学性质相近的人工材料,制作具有相同节理构造的柱状节理岩体模型试样,开展了不同渗透压力的渗流应力耦合三轴力学试验,分析了渗透压力对柱状节理岩体的破坏模式、强度和渗流量的影响。试验结果表明:渗流作用下柱状节理岩体的破坏模式为沿着节理倾角的滑移破坏;渗流作用下的柱状节理岩体具有较低的强度,三轴压缩峰值强度与渗透压力呈负相关关系;应力应变曲线可分为4个阶段,渗流量随应力应变曲线呈现出阶段性特征,渗透压力对岩体强度和渗流量影响较明显。     

裂缝网络多孔介质渗流特性研究

作为裂缝网络型多孔介质渗流特性研究的基础,本文忽略了母体材料的渗流影响,主要讨论了分形分叉网络模型的渗流特性,其中包括压力、流量、阻力和渗透率等输运参数与裂缝网络结构、孔隙率的关系,给出了显式表达式.并给出了这些输运参数与裂缝网络结构的标度关系.     

煤炭开发中相关渗流力学问题研究

煤碳是我国的主要能源,在能源消费结构中占居主导地位,煤岩体是一种典型的孔隙裂隙结构体,在煤炭资源开发的过程中涉及到一系列渗流力学问题.探讨了煤层中瓦斯渗流特征及其规律,分析了煤与瓦斯的流固耦合作用,介绍了煤与瓦斯突出的失稳判据;分析了煤矿生产过程中对地下水的污染,对酸性矿井水的水岩作用问题作了初步探讨,同时对煤矸石的环境效应也作了分析;随着煤层开采深度的增加,矿井热害越来越受到学者的重视,分析了矿井热害的形成机理及其影响因素.最后提出了煤层开采中渗流问题的研究方向.     

基于声震法的煤层气特性测试系统

通过声震法影响煤层气吸附和渗流特性的原理,设计了一种用于煤样对煤层气的吸附/解吸和渗流特性研究的测试系统。该系统以压力试验机为主体,由智能声波发生器、吸附及渗流、加压、变形测试、气体供给。测试等6部分组成。介绍了实验装置的功能和操作方法。实验结果表明该装置完全能够满足加声场与不加声场条件下煤层气的吸附和渗流实验需求。     

注气驱油藏新型气驱特征曲线推导及应用

针对传统气驱特征曲线未能有效描述地层中实际渗流的流体（注入气）和被驱替原油的关系,在分析油藏注气开发驱替过程基础上,分别描述了混相驱和非混相驱油气渗流特征。基于稳定渗流理论,推导出了地层中实际渗流流体（注入气）和被驱替原油的关系式,即累积注气量累积产油半对数关系,命名为新型气驱特征曲线,分析了该曲线的适用条件。应用实例,研究了注采井网和驱替机理变化对气驱曲线形态特征的影响。在已知注气量的条件下,利用该曲线可实现长期及阶段产量预测,且在注气开发较早阶段便可应用。     

深覆盖层地基碎石土心墙堆石坝的渗流特性分析

结合两种不同地质特性深覆盖层上的碎石土心墙堆石坝,采用求解有自由面渗流场的改进结点虚流量全域迭代法进行二维稳定渗流场有限元计算分析.着重进行深覆盖层渗透系数敏感性分析和混凝土防渗墙的渗控作用研究,评价坝基可能渗流特性变化对渗流场的影响,并为两种不同坝基条件下的渗控设计方案提供理论依据.     

复杂渗流条件下致密气藏压裂气井分区产能计算方法

致密气藏压裂气井渗流机理复杂,压裂改造区内外渗流机理和影响因素也截然不同,常规的产能计算模型不能准确描述这种存在区域差异的渗流特征,造成最终产能计算误差较大.以气体渗流理论为基础,分析了在致密气藏压裂气井分区域渗流机理,明确了压裂气井不同区域的渗流特征及影响因素.在此基础上建立了复杂渗流条件下的致密气藏压裂气井分区产能计算方法并开展了实例验证.计算结果表明,分区产能计算模型计算产能更加接近气井实际,较现有模型更加准确可靠.     

希德拉顿颗粒铺盖防渗性能试验

为了探讨不同铺盖条件下希德拉顿颗粒的防渗效果,堆建了3座内含不同渗漏隐患的土石坝模型.将不同铺盖厚度和不同铺盖面积的希德拉顿颗粒铺盖在坝面渗漏处,并统计渗漏流量随时间的变化.试验结果表明:铺盖希德拉顿颗粒后,3种渗漏模型的渗漏流量都随时间呈指数规律下降,接触带渗漏模型的渗漏流量下降速率最大,库底渗漏模型的渗漏流量下降较...     

孔隙网络模拟渗流速度对页岩气开采的影响

孔隙网络模型是预测多孔介质流动特性的有效手段。基于页岩气藏微观孔喉参数建立了随机孔隙网络模型，并模拟了气水两相流动，通过求解模型压力矩阵方程，绘制渗流图像；通过模拟不同速度下的渗流特征，分析了水侵现象、渗流速度对气水两相渗流路径的影响。结果表明，渗流速度与驱替压差呈正相关，在渗流速度大于临界流速v_c的驱替过程中，压降梯度对渗流路径起主要影响作用，不同的渗流速度会形成不同的渗流路径，渗流路径符合分形特征；而由于较高渗流速度（大于临界流速v_c）会破坏气/水界面稳定性，因此，高渗流速度更利于水侵而降低页岩气产量；若渗流速度小于临界流速v_c，气/水界面趋于稳定，促使页岩气大量产出。