岩体水力压裂应力-渗流耦合近场动力学模拟

裂隙岩体应力-渗流耦合机制是油气开采、地应力测量与地质灾害防控等岩土工程活动的理论基础。基于近场动力学非局部作用思想提出了物质点双重覆盖理论模型,通过将近场动力学在模拟固体材料变形损伤与地下水渗流两方面的优势相结合,采用“混合”时间积分方案,构建了流体压力驱动条件下裂隙岩体应力-渗流耦合的常规态型近场动力学模拟方法,并将其应用于空心圆柱体注水试验模拟,揭示了水力裂隙起裂、扩展和贯通的作用机制,通过与室内试验及传统数值方法计算结果对比验证了模拟方法的有效性。模拟结果显示,空心圆柱体注水试验过程中岩体的变形和破坏完全是由水力驱动的,水力裂隙的产生是随机的,不需要指定裂隙扩展路径,并且水力压裂过程中致使试件破裂的能量存在积蓄-释放过程,应用近场动力学方法可以较好地捕捉该现象。     

基于近场动力学与有限体积法耦合的裂隙岩体渗流模拟

考虑在不降低求解精度的情况下有效地减少计算量,基于有效应力原理提出了一种有限体积法与近场动力学耦合的方法来模拟饱和孔隙裂隙介质中水力裂缝扩展问题。首先,通过多孔介质渗流模拟算例验证了所提方法的有效性;其次,通过几个数值算例进一步验证了该方法在流体驱动下模拟饱和裂隙孔隙介质中裂纹扩展的能力和主要特点;最后,通过对5个工况的模拟,展现了围压差对水力压裂裂缝扩展具有诱导作用的现象。同时,将该耦合方法的数值模拟结果与其他数值、解析结果或试验结果相对比,进一步说明所提出的耦合方法能够有效模拟岩石流固耦合的力学扩展破裂过程。     

山岭隧道塌方风险评价的属性识别模型与应用

塌方是山岭隧道施工中最为常见的事故之一,为确保隧道施工安全,本文基于属性数学理论建立了隧道塌方风险分级的属性识别模型.在综合分析塌方影响因素的基础上,选取围岩级别、隧道埋深、偏压角度、岩体完整情况、地下水影响和施工因素6个主要因素作为评价指标,结合超前地质预报方法对指标进行定量描述,确定各评价指标的分级标准;对评价指标进行属性测度分析,通过构造属性测度函数计算样本的单指标属性测度和综合属性测度;应用置信度准则对隧道样本的塌方风险进行属性识别.在工程应用中,通过属性识别模型并结合超前地质预报数据,对郑家垭隧道进行塌方风险评估,结果与实际施工情况一致;并且与模糊层次分析法和可拓综合评估法的结果吻合性较好,说明建立的属性识别模型对有无地质预报数据的样本都能得出准确的风险评估结果,有更好的适用性,为山岭隧道塌方的风险评估提供了一个有效的途径.     

围岩超前优化分级的属性识别模型及其工程应用

为有效进行隧道围岩超前优化分级,提出基于属性数学理论和隧道地震波勘探系统的围岩超前优化分级方法.选取隧道地震波勘探系统可有效识别的物理力学参数作为属性评价指标,并结合围岩工程地质分类和RMR系统分类方法,确定围岩等级与各评价指标之间的对应关系;通过构建单指标属性测度函数,计算得到单指标属性测度及样本综合属性测度;应用置信度准则对隧道样本的围岩等级进行属性识别,从而建立围岩优化分级的属性识别模型.在工程实例分析研究中,评价结果与模糊综合评价法以及GA-SVM法的评价结果具有较好的一致性,从而验证属性识别模型评价结果的合理性及可靠性.     

高陡岩质边坡稳定性评价的熵权属性识别模型 与工程应用

露天矿边坡工程稳定性一直是影响煤炭生产安全的重要因素,为有效控制边坡失稳、确保煤炭生产安全,基于属性数学理论建立了边坡稳定性评价的熵权属性识别模型.首先,根据边坡所处的地质条件与边坡失稳影响因素,选取边坡坡高、边坡坡度、天然容重、内摩擦角、粘聚力、地震烈度与孔隙水压力比作为岩质边坡稳定性评价的指标,采用熵权法确定评价指标所占权重;其次,分析评价指标的属性测度,构建属性测度函数以计算各个指标属性测度与综合属性测度;最后,采用置信度准则对边坡稳定性进行属性识别.通过对安太堡露天矿边坡治理前后的稳定性评价,得出削坡、注浆加固与预应力锚索加固等边坡治理措施的有效性.将属性识别模型评价结果与加权平均法评价结果进行对比验证,同时将边坡稳定性评价结果与边坡监测数据对比,结果表明:熵权属性识别模型可以有效地解决边坡稳定性的评判问题,且评价结果合理,为边坡工程稳定性评价提供了一条新思路.     

基于海底隧道衬砌孔隙水压力的涌水量预测方法及工程应用

为获取海底隧道的环向涌水量,以海底隧道衬砌背后孔隙水压力分布为主线,在达西定律的基础上推导了与孔隙水压力相关的涌水量预测公式,公式与隧道尺寸、隧道初衬渗透系数相关,充分考虑了支护结构外缘水压力的影响,进而得到隧道洞内各处涌水量值,将涌水量计算值与现场测量值进行对比,进一步验证了公式的准确性.研究结果表明,隧道开挖时渗流场影响范围集中在隧道主洞左右各3倍洞径内,主要影响范围集中在洞周2倍洞径内.隧道开挖瞬间,洞周渗流场呈漏斗状分布,直至隧道开挖贯通.围岩性质越差,其隧道衬砌背后孔隙水压力越大,仰拱处孔隙水压力普遍大于拱顶,最大孔隙水压力一般出现在边墙与仰拱交界处.通过编译涌水量预测公式,得到隧道的涌水量,并将其与隧道现场实际情况对比,证实了公式的准确性.该涌水量预测方法为海底隧道现场施工提供了理论支撑.