裂隙岩体随机渗流模型及数值分析

基于等效连续介质模型,先应用Taylor展开法分析裂隙岩体渗透性的随机性与裂隙基本几何参数随机性的关系,然后用一阶Taylor展开随机有限元法分析裂隙岩体渗流场的随机性.数值分析表明:隙宽的随机性对渗流场的影响最大,裂隙的迹长次之,间距的影响最小.数值分析的结果是合理的.     

脆-塑性充填裂隙差异的渗流应力模型

为了研究不同属性介质(脆-塑性)非完全充填裂隙的渗流应力特性,采用花岗岩作为裂隙壁,利用自制渗流应力装置,通过轴向压缩、侧向约束的实验方式,进行了渗流应力实验,得出了相应的渗流应力曲线。结果表明:充填物的脆-塑性变化对裂隙渗流应力特性产生显著影响。脆性充填裂隙渗流应力曲线表现出平衡、失稳和稳定三个阶段;弹塑性充填裂隙表现为失稳和稳定两个阶段;塑性充填裂隙表现出急剧下降一个阶段。根据实验数据的整理与分析,得到差异充填(脆-塑性)裂隙的渗流规律;并建立了相应的数学模型。     

部分充填周期性裂隙岩体渗流理论分析与试验

为研究部分充填周期性裂隙岩体的渗流特性,建立了岩体渗流分析模型.基于无充填裂隙中流体满足Navier-Stokes方程和多孔介质中渗流满足Brinkman-extended Darcy方程,采用不同介质交界面流速相等且剪应力连续的边界条件,推求出部分充填周期性裂隙岩体中流体的流速分布,并给出了岩体等效渗透率的理论表达式.研制渗透试验装置,选用混凝土模拟岩石基质,混凝土间的缝隙模拟岩体裂隙,砂岩模拟充填物,进行部分填充裂隙岩体的等效渗透试验.试验测得的结果与理论计算值相比,二者差值很小,试验很好地验证了等效渗透率表达式的有效性.     

裂隙岩体离散网络模型及其渗流规律数值计算

为了通过建立离散裂隙网络模型研究裂隙岩体的渗流规律,对建立的离散裂隙网络,借助图论方法描述裂隙间关系,在单个裂隙上,采用边界元方法,推导了求解渗流规律的具体公式。利用Matlab软件,程序实现通路的搜索及单裂隙渗流规律的求解。最后,通过随机生成的裂隙网络及算例调试程序证明:采用该方法可以快速、准确的实现渗流计算,为最终裂隙网络渗流规律的求解奠定了基础。     

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.     

考虑储气库裂隙储层分形特点的天然气渗流规律分析

考虑储气库裂隙介质分形特点以及临界运移饱和度的影响,根据两相不稳定渗流理论和分形理论,将裂隙储层介质分形参数引入到相对渗透率的预测,建立了储层相对渗透率与裂隙尺寸、典型单元体尺寸、毛管压力之间的关系;并分析了高含水衰竭油气藏裂隙储层改建储气库后的渗流规律及井底压力变化规律。采用计算模型与三维渗流模型所得计算结果进行了对比分析,并研究了分形维数、典型单元体尺寸、裂隙尺寸比、储层厚度、注气速率、排水速率对储气库井底压力的影响。计算结果表明:采用的计算模型考虑了裂隙储层的分形特点,具有较高的计算精度,可以满足实际工程计算需求;气相相对渗透率随着分形维数的增大而增大,水相相对渗透率随着分形维数的增大而减小;储气库井底压力随着裂隙介质分形维数、储层厚度、排水速率的增大而减小;随着典型单元体尺寸、裂隙尺寸比、注气速率的增大而增大。     

裂隙膨胀土渗流中裂隙模型建立方法

考虑裂隙对膨胀土渗透性的影响建立膨胀土裂隙模型,对于研究因降雨而形成的浅层滑坡灾害具有十分重要的意义。裂隙模型既要考虑符合现实情况也要考虑实施的可能性,为此提出一种结合现场裂隙图片、土体含水率和室内实验成果建立裂隙模型的方法。这种方法从达西定律出发建立了裂隙介质渗流的数学模型,基于裂隙膨胀土降雨实验对裂隙膨胀土降雨入渗过程进行简化,最后根据室内脱湿实验数据结果进行数值曲线拟合建立裂隙模型。将模型应用于Geostudio软件中,发现降雨入渗在裂隙膨胀土中的深度远大于无裂隙的情况,裂隙的存在对渗流场的影响主要表现为增大土体入渗边界,扩大降雨入渗的范围以及提高土体地表的入渗率。     

考虑辐射影响的接触传热模型与分析

应用GW统计接触模型,建立了粗糙表面之间的接触导热模型. 与实验数据的对比分析表明:该模型能够正确地反映接触导热现象. 在此基础上,对接触表面进行了合理的简化,建立了接触界面间的辐射传热模型. 数值计算表明:当接触表面的温度高于400 K时,辐射的影响已不可忽略;载荷对接触导热热导的影响明显大于对辐射热导的影响,导热热导随载荷的增大迅速增大,而辐射热导以及等效辐射系数均随载荷的增大有所减小,这主要是由接触界面的空隙面积减少造成的;在接触面几何参数中,粗糙峰等效斜率对等效辐射系数起着主导作用,在相同的量纲1的载荷情况下,粗糙峰等效斜率越小,等效辐射系数越大;通过对本文提出的等效辐射系数的误差检验,结果表明其最大相对误差为10-3数量级,说明等效辐射系数仅仅为接触界面黑度、几何特性和接触载荷的函数,而与接触界面温度水平和温差无关,同时也间接证明了本文提出的等效辐射系数可以较为合理地描述接触界面间的辐射换热强度.     

考虑裂隙-岩块间水交换的单裂隙非饱和渗流影响因素分析

为了研究考虑裂隙-岩块间水交换时单裂隙非饱和渗流的影响因素,应用分形几何法生成裂隙开度分布,根据毛细吸持理论和入侵准则形成充水域,基于水量平衡方程,建立了能考虑裂隙-岩块间拟稳态水交换的单裂隙非饱和渗流分析模型.进行了不同岩块孔隙率、不同岩块渗透系数及不同岩块初始饱和度情况下的单裂隙非饱和渗流数值模拟,以单裂隙非饱和渗透系数为评价指标,分析了各因素的影响程度.结果表明:岩块孔隙率对裂隙渗透性影响甚微;岩块渗透系数和岩块初始饱和度对裂隙渗透性存在较大影响,岩块渗透系数越大,裂隙-岩块间的水交换越剧烈,裂隙渗透性变化越明显,裂隙非饱和渗透系数随岩块初始饱和度的变化而变化.因此,在岩块渗透性较好或裂隙与岩块干湿差别明显的情况下,不能忽略裂隙-岩块间的水交换.     

裂隙膨胀土渗流中裂隙模型建立方法研究

考虑裂隙对膨胀土渗透性的影响建立膨胀土裂隙模型,对于研究因降雨而形成的浅层滑坡灾害具有十分重要的意义。裂隙模型既要考虑符合现实情况也要考虑实施的可能性,为此提出一种结合现场裂隙图片、土体含水率和室内实验成果建立裂隙模型的方法。这种方法从达西定律出发建立了裂隙介质渗流的数学模型,基于裂隙膨胀土降雨实验对裂隙膨胀土降雨入渗过程进行简化,最后根据室内脱湿实验数据结果进行数值曲线拟合建立裂隙模型。将模型应用于Geostudio软件中,发现降雨入渗在裂隙膨胀土中的深度远大于无裂隙的情况,裂隙的存在对渗流场的影响主要表现为增大土体入渗边界,扩大降雨入渗的范围以及提高土体地表的入渗率。     

基于分形网络模型的裂隙岩体渗流特性分析

基于分形网络模型提出了裂隙岩体渗透率参数估计方法。采用网格模板方法产生具有分形结构的岩体裂隙网。根据渗流网络的并联原理,建立了岩体裂隙网络等效渗透率计算方法。研究表明,岩体裂隙网络系统的等效渗透率随着裂隙分形比例因子和分级数目的增加而增加。裂隙岩体的等效渗透率能够采用分形网络方法进行解析预测。     

岩体裂隙渗流地质力学模型及应用

本文针对不规则裂隙的水力学特性和结构面地质力学特征，提出了层流状态下的正弦渗流模型和锯齿渗流模型，将其解析解和数值模拟结果进行比较后发现：正弦模型求得的渗透系数要比锯齿模型大，其几何水力学效应显著，现已将其运用于实际工程。     

岩体三维主干裂隙网络渗流模型

渗流分析是水电工程中一项重要的研究内容,大坝周转岩体的渗流通道大多为裂隙网络,用连续介质渗流模型难以解决这一问题,针对岩体主干裂隙网络渗流特征,建立了岩体三维主干裂隙风络渗流模型,运用有限元数值方法,结合算例分析了坝基岩体主干裂隙网络渗流问题,理论解与有限元解元解的比较结果表明,岩体三维主干裂隙网络渗流模型及其有限元算法是有效而实用的。     

岩体裂隙渗流地质力学模型及应用

针对不规则裂隙的水力学特性和结构面地质力学特征，提出了层流状态下的正统渗流模型和锯齿渗流模型，将其解析解进行比较发展，正弦模型求得的渗透数要比锯齿模型求得的大，其几何水力学效应显著，并将其应用于实际工程。     

岩体裂隙中宾汉姆流体渗流模型

为研究粗糙单裂隙中宾汉姆流体的渗流规律,提出了描述岩体裂隙中宾汉姆流体黏性和黏惯性流动的渗流模型,并采用数值模拟和室内试验结果对模型进行了验证.在粗糙裂隙中,开展了不同流变参数的宾汉姆流体在大范围压力梯度下的渗流模拟,结合修正的Forchheimer方程分析了宾汉姆流体在不同裂隙几何参数及流变参数下的非达西系数β、临界雷诺数Re_○c、非达西效应因子E等变化特性.结果表明:由宾汉姆流体本构方程推导出的黏性模型能更好地描述黏性渗流.修正的Forchheimer方程能更好地描述宾汉姆流体在粗糙裂隙中的黏惯性渗流特征.粗糙度及流变参数会对渗流特性产生显著影响:裂隙粗糙度越大,浆液屈服应力越大;浆液塑性黏度越大,惯性作用越强.     

不同水压加载下煤体裂隙渗流数值模拟

为研究煤体在不同水压加载下内部裂隙的渗流运动和孔隙变形规律,应用纽迈核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)扫描与图像重构技术建立煤岩微孔隙渗流模型,而后借助COMSOL软件,在煤体两侧为固定边界,其上部边界分别进行1～10 MPa水压逐级加载的条件下,对煤体的微观裂隙通道进行渗流运动的...     

考虑温度影响的岩体裂隙网络稳定渗流场数值分析

在岩体裂隙网络二维稳定渗流数学模型的基础之上,引入温度对渗透系数的影响,进而影响渗流场中的水头分布.编写了相应程序计算渗流场中各节点水头值,最后通过工程算例进行了验证分析结果表明:温度高的区域渗透系数偏大,考虑温度对渗透系数影响,能更加准确的反映裂隙岩体中的水头分布状况,所得出的渗流场水头值和总渗流量比不考虑温度影响时的值偏高.     

裂隙岩体渗流场与损伤场耦合模型研究

基于能量互易定理并考虑裂隙扩展过程中的能量转换和裂隙扩展过程中的相互作用，探讨了裂隙岩体在复杂应力状态下本构关系与损伤演化方程，给出了渗透张量随裂隙损伤发展的关系，从而建立了多裂隙岩体渗流场与损伤场耦合分析模型，在此基础上，对三峡永久船闸高边坡稳定性进行分析，结果表明，左边坡相对于右边坡有更大的损伤演化区，应适当考虑左边坡的锚固和防渗措施。     

岩体裂隙网络渗流特性分析

岩体裂隙网络的渗流问题是水电工程设计及施工的难点,由于裂隙网络结构复杂,且裂隙节点间连接方式各异,目前对裂隙连接节点间水流特性的认识尚有不足.基于平行板立方定律,将裂隙渗流问题与模拟电路问题相类比,建立了等效过量压降损耗阻模型.针对串并联连接裂隙,结合所提出的模型,考虑支路次要裂隙对串并联裂隙整体渗流特性的影响,优化了串并联连接裂隙隙宽突变处过量水压损失分析方法.与多裂隙复合连接物理模型试验数据进行了对比,对比结果吻合度良好;定义雷诺数分配系数α,并分析了其在裂隙网络渗流过程中的作用.结合一个基于等效过量压降损耗阻模型的算例,考察了六棱柱柱状节理试样的渗透特性.     

裂隙性质对含裂隙基坑土坡渗流特性影响数值模拟研究

针对以系统裂隙性质对含裂隙基坑边坡渗流特性的影响,利用Geo-studio软件对不同裂隙特性含裂隙边坡的渗流特性影响进行数值模拟,结果表明:降雨条件下含裂隙边坡裂隙面孔压及体积含水率上升幅度及范围要大于完整边坡,且湿润锋进展的更加彻底;不同深度下,裂隙的深度越深,裂隙内部的高孔压及体积含水率区越大,同时最大孔压也越大;...