基于SPH方法的非均质煤层瓦斯渗流模拟（英文）

基于煤层瓦斯渗流方程,通过虚粒子法处理边界条件,提出了一种对非均质煤层瓦斯瞬态渗流进行模拟的光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法。煤层存在三个典型的非均质性:(a)沿煤层走向的非均质性,(b)Weibull随机分布的非均质性,(c)是(a)和(b)两种情况都存在的非均质性。结果表明:通过SPH方法得到的数值模拟解与解析解一致,三种非均质煤层都会导致瓦斯渗流的非线性行为。而瓦斯流动的非线性程度与煤层的非均质性参数m和n有关。该数值模拟提供了一种揭示煤层中瓦斯渗流和瓦斯灾害非线性行为机理的有效方法。     

长江三峡碾压混凝土坝方案 坝段渗控特性分析

基于长江三峡大坝碾压混凝土方案左厂房１２号坝段上部为常态混凝土,下部为上下游面均设有常态混凝土的防渗结构型式的碾压混凝土坝的特点,借助于渗流场求解的结点虚流量法及排水子结构技术,并提出“排水孔开关器”的概念和渗流非均质成层材料单元模型,对坝中设计时存在的主要渗流疑虑问题、大坝的防渗与排水设施渗控方案的特性进行了数值分析研究。结果表明,导致碾压混凝土坝渗流特性复杂化的坝体强渗透各向异性是难以避免的,     

固结方式对黏性土不排水强度性状的影响

针对天然沉积黏性土原状土样开展三轴等向固结和K_0(静止土压力系数)固结不排水剪切对比试验,探讨固结方式对不排水强度性状的影响规律。结果表明:原状样在不同固结方式下,偏应力-应变曲线在低固结压力下均呈应变硬化性状,高固结压力下呈应变软化现象;K_0固结与等向固结不排水强度均随固结压力增大而增大,且K_0固结不排水强度大于等向固结不排水强度;2种固结方式的不排水强度包线均显示为以固结屈服压力为分界的双直线,屈服前不排水强度增长较慢,屈服后为一条通过原点的直线;相同固结压力下,等向固结不排水剪切应力路径位于K_0固结的路径下方;无论何种固结方式,屈服前的偏应力峰值均高于临界状态线,屈服后偏应力峰值均落在临界状态线上;固结方式对有效应力强度指标参数的影响较小,对总应力强度指标的影响主要反映为内摩擦角的不同。     

水库下伏采空区渗流场耦合模拟分析

基于扰动情况下岩体应力场与渗流场相互作用机理,确定了应力场环境下岩体渗流参数的计算公式以及耦合模型中渗透体积力的加载方程,采用有限元分析软件ANSYS,运用物理环境耦合方法,介绍了水库下伏扰动岩体渗流场模拟分析的方法及流程,并对某库区下伏岩体渗流场进行了模拟分析,通过对该库区下伏采空区渗流场进行分析,对库区及采空区提出了处理建议.     

土层性质幂函数变化下的一维固结

采用分离变量法,求解了任意荷载作用下渗透系数和体积压缩系数随深度按幂函数变化土层模型的一维固结问题,从而得到不同排水边界条件下超孔隙水压力和沉降等随时间变化的解析表达式. 通过计算分析,讨论了该类非均质土固结时超孔隙水压力、沉降的变化规律.     

地下厂房防渗排水系统渗流特性的有限元分析

在求解无压渗流场结点虚流量法的基础上,结合可精细模拟密集排水孔复杂渗流水力行为的改进排水子结构技术,对某地下厂房厂区洞室群围岩区三维渗流场进行了有限元求解分析,着重研究了防渗排水系统中的帷幕和排水幕的渗流特性.研究表明,排水幕在排水通畅的前提下具有强大的排水能力,其排水孔间距在一定范围内变化对渗流场水头分布影响不明显.因此,可适当加大排水孔间距,以减少工程投资.     

不同土质条件下基坑渗流场渗透特性分析

控制地下水对基坑开挖和周围环境的负面影响，是基坑工程特别是深基坑工程设计与施工的重要组成部分．采用三维有限元法分析了基坑渗流场的分布特性，比较了不同土质条件下渗流作用对基坑土体渗透稳定性的影响，较好地反映了基坑渗流场中等势线、流速矢量以及水力梯度等渗流要素在不同土质条件下的变化规律，探讨了工程中可能出现的不利因素．分析表明，在均质各向同性非成层土中，基坑角点和溢出点附近水力梯度最大，是整个基坑最易发生渗透破坏的地方；在成层土情况下，水头等势线有向渗透系数小的土层聚集的趋势．对比各种分析结果，当水平向渗透系数大于竖向渗透系数时，基坑最容易发生渗透破坏．     

江垭碾压混凝土重力坝渗流特性分析

运用固定网格的结点虚流量法、非均质成层材料单元、缝面无厚度平面单元等，对江垭碾压混凝土坝渗流场进行了建模与分析研究，在反演出坝体几种主要筑坝材料的渗透系数张量的基础上，再通过对多种典型工况的敏感性反馈计算，进一步研究江垭大坝渗流场的渗流特性和渗流场水头分布规律，进而提出碾压混凝土坝防渗与排水渗控方案设计的建议。     

上覆强透水层的双层土质边坡降雨入渗特征

为研究浅层强透水的双层土质边坡降雨渗流特征，建立均质粉土与砂土-粉土的土柱、边坡模型，依据基质吸力与含水率的控制方程，分析了土层渗透性、地下水、坡度对饱和区成形影响.结果表明:砂土-粉土柱产生饱和区，既因土层渗透差导致雨水在砂土底层蓄积，又因粉土表面的渗流速度陡降；砂土-粉土边坡饱和区在土层界面首先产生，在纵向上以界面为中心逐渐往各土层内扩展，同时沿土层界面往坡顶上发展，其延伸长度随着地下水位升高而逐渐增大，但地下水位2m与1m时，坡度越大，延伸长度越小；地下水位与坡度均影响土层界面的初始饱和度.     

(K_(1,4);2)-图的闭包和路长

为了推广无爪图G在闭包运算下是唯一确定的并且保持路长不变这一结论,对包含无爪图的(K_(1,4);2)-图进行研究,主要采用逐一讨论、排除的方法对此类图的路长在闭包运算下保持不变的性质进行证明。结果表明:在已知K_1∨P_4-free或T_3-free的(K_(1,4);2)-图在闭包运算下也唯一确定并且仍为(K_(1,4);2)-图的条件下,如果G是K_1∨P_4-free或T_3-free的(K_(1,4);2)-图,则在闭包的运算下保持路长不变;K1∨P4-free或T3-free的(K_(1,4);2)-图G可迹当且仅当其闭包是可迹的,其中K_1∨P_4为一个点与长为4的路的联图,T_3为K_(1,3)与K_2的并图。     

基于指数形式渗流下的软土一维非线性固结分析

已有的室内试验资料表明软黏土中的渗流会遵循指数形式渗流定律,并且土体压缩性、渗透性在固结过程中会表现出明显的非线性特性。在土中自重应力沿深度均匀分布的假定下,推导建立基于指数形式渗流的软土一维非线性固结控制微分方程,并利用有限差分法对其进行数值求解。将数值解与达西渗流下Davis解析解进行对比,验证数值计算结果的可靠性。最后,对基于指数形式渗流下的一维非线性固结性状进行分析。研究结果表明:土层的固结速率在固结初期随渗流指数的增大而加快;而当时间因子超过某一值后,在固结后期固结速率随渗流指数的增加而变慢;土的压缩指数与渗透指数的比值越大,则土层的固结速率越慢;此外,土层中最终有效应力与初始有效应力的比值以及外荷载的等效水头与土层厚度的比值均对固结速率有较大影响。     

基于实测结构面网络的岩体渗流特性分析

以甘肃北山核废料处置预选场址中的某均质区为研究对象,利用实测迹长与隙宽的关系确定隙宽并根据以往的压水试验资料对隙宽进行修正。基于数字化量测方法获得的结构面网络模型,考虑实际地应力的作用,采用离散元方法进行渗流—应力耦合分析,确定了均质区内各测区的等效渗透系数及主渗透方向。根据现场观测的结构面填充和胶结及以往压水试验的反演,将垂直于最大水平主应力方向的结构面隙宽替换为花岗岩等效隙宽进行渗流分析。此外,提出一种反映实际渗流快慢的等效路径渗透系数,该渗透系数是基于连通路径上不同渗流段渗透系数的综合值。在确定等效路径渗透系数计算方法的基础上,研究了各测区最大,最小等效路径渗透系数及其方向(最短渗流路径)。结果表明,该均质区岩体中真实渗流路径上的等效路径渗透系数明显大于渗流断面上的等效渗透系数,而且往往取决于渗透系数最小的渗流段。     

深层软式透水管优势排水效应及坡体浅层塌陷特征分析

实际边坡排水中,深层软式透水管排水不均及其引发边坡浅层局部塌陷现象时有发生。有关透水管排水不均机理及其时空演化规律的研究仍远落后于工程实践。通过室内花岗岩残积土坡排水模型试验,考虑施工扩孔不均造成的渗流通道差异性影响,研究后缘补给条件下透水管优势排水机理及渗流时变规律;借助PLAXIS3D软件在试验基础上建立边坡透水管的三维渗流模型,定量分析排水不均效应及对边坡稳定性的影响。研究结果表明当后缘补给水头恒定时,透水管渗流速度变化经历平稳期、迅速增长期、缓降期最终进入二次平稳期;施工扩孔轻微的不均,会对排水渗流场产生巨大的影响,在坡体内形成非均匀渗流,渗流优先向孔径偏大、倾角较缓的透水管处汇集,且渗流通道不断扩展演化,形成从孔径向外拓展的渗透系数增高带,细小颗粒从通道大量流失,结构受损,造成边坡局部变形增大,发生浅层滑塌。研究成果将进一步丰富土质边坡透水管排水机理,为边坡工程的长期稳定性评价提供理论依据。     

开采不同厚度上保护层对下伏煤层卸压瓦斯渗流特性的影响

为解决开采不同厚度上保护层对下伏煤体卸压瓦斯渗流特性影响的问题.利用自主研制的固气耦合物理相似模拟实验台,对不同条件下上保护层开采时,被保护层卸压瓦斯渗流规律进行了研究.实验结果表明:随着工作面的推进,瓦斯渗流速度的变化趋势经历了由原始渗透性先降低、后升高、再降低、再升高、最后保持不变的过程,采空区瓦斯渗流性最终大于原始渗透性.通过对实验数据整理并拟合曲线,当上保护层开采完毕后,被保护层沿走向方向其渗透率变化曲线呈马鞍形.在保护层间距一定时,采高越大,下伏煤层在采动平衡后相对于原始的瓦斯渗透率增高就越明显,且对下伏煤层的影响范围也越大.     

节点虚流量法的某抽水蓄能电站地下厂房渗流场分析

利用求解有自由面渗流场的节点虚流量法,对某抽水蓄能电站施工期地下厂房渗流场分布进行三维有限元仿真模拟,着重研究施工期厂房区洞室的渗流特性,并对施工期厂房区渗控方案进行评价.研究表明,施工期间排水设施尚未形成时,各已经开挖的洞室成为排水的主要边界;在保证各洞室的渗透水能及时排出的提前下,渗流场可以满足施工环境要求;顶排型排水幕排水效果并不明显.     

均质承压水渗流实验中的非均匀渗流问题研究

对地下水在多孔介质中的渗流情况进行实验研究.通过采用实验室内渗流槽装置,模拟天然均质介质承压含水层中的地下水渗流情况.采用NaCl作为示踪剂观察水的运移情况,利用控制变量的方法,在不同水力梯度下进行实验,对中砂均质介质承压水渗流中水流的流动情况进行研究.结果表明,在天然情况下,中砂均质介质中承压水非均匀流确实存在;随着实验水力梯度增加,渗流槽中的边界效应增加;在同一水力梯度下,每行观测孔的NaCl浓度峰值随着与NaCl溶液混合区的距离增加而减小,每列观测孔达到NaCl浓度峰值的时间随着与NaCl溶液混合区的距离增加逐渐增加;渗流槽边壁处NaCl浓度峰值大于渗流槽中间部分NaCl浓度峰值,渗流槽边壁处NaCl浓度峰值达到的时间小于渗流槽中间部分NaCl浓度峰值的时间;随着与NaCl溶液混合区的距离以及水力梯度的增加,这种渗流的不均匀性逐渐加大.     

双层地基渗流作用下有效应力性状研究

研究了一维向上渗流作用下双层地基有效应力的计算问题，推导了有效应力的计算公式，讨论了有效应力性状。渗流作用下土层有效应力由两部分组成：一部分是自重有效应力，由重力引起的，体现了静水压力的影响；另一部分是渗透有效应力，是由土层水头差产生的，体现超静水压力的影响，文后给出了实例计算。     

垃圾填埋场排水层淤堵实验特征

垃圾填埋场运行过程中,渗滤液的渗流和生物化学作用,不断影响和改变着排水层的渗透性能.以不同粒度成分的砂砾排水层为研究对象,模拟填埋场渗滤液的渗流,探索性地将化学实验方法应用于渗滤液排水层渗透能力评价中.实验发现,渗滤液中挥发性脂肪酸的发酵产物(碳酸)与金属离子发生化学反应是淤堵物生成的主要原因,而生物膜的生长和固体悬浮物的沉聚是次要原因.淤堵物的主要化合物成分是碳酸钙和二氧化硅,主要元素组成为Ca、Si、Fe、Mn、Zn、Mg等.淤堵物的成分及其相对含量与排水介质粒度成分无关,但排水介质的有效粒径越大,生成淤堵物的总量越多.建立了排水层渗透性(K)与渗滤液水质(COD)、排水层结构(avρgl·d10和排水孔隙度)间关系的淤堵模型.     

采空区场流数值模拟程序(G3)实现与应用

基于非均质多孔介质漏风渗流方程、分相气体(瓦斯、氧、CO)渗流-扩散方程和多孔介质渗流综合传热方程,建立了采空区安全(瓦斯、自然发火等)分析数值模型,开发了用迎风格式有限元方法联立求解计算机程序(G3).结合Y形通风形式采空区的求解实例,展示了G3能够适应各种复杂边界条件,并给出工作面开采条件下采空区内各相气体和温度变化的图形分布解G3中采空区按冒落非均质介质处理;考虑了瓦斯涌出对自燃的耦合作用,并能反映工作面推进、通风量等因素影响关系.可操作性好,能对各种情况做任意性模拟试验,便于从理论上描绘采空区漏风流态,动态描绘了瓦斯、氧、CO浓度和温度的分布状态及其变化过程.图7,参16.     

排水面层渗流模型及参数

为了分析相关参数对排水路面渗流特性的影响,应用渗流力学理论推导并建立了排水面层渗流运动模型.采用四阶的Runge-Kutta公式求得排水层最大潜水厚度的数值解,并对数值解进行回归分析,得到了最大潜水厚度与其他各参数之间的回归方程,依据该方程计算得到的降雨强度理论值能够较准确地反应实际使用情况.该方程表征了排水面层在一定的降雨强度下不出现地表径流的条件,可以指导排水路面排水层厚度的选择以及排水性沥青混合料目标空隙率的确定,为排水性路面功能特性和耐久性的协调提供了理论依据.