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.     

流固耦合作用下大型地下厂房围岩稳定性分析

为分析降雨和地下水形成的渗流场与应力场的耦合作用,对某大型地下厂房洞室群围岩稳定的影响,根据流固耦合理论,利用二维和三维有限元对地下厂房开挖施工进行数值模拟分析。该厂房最大的特点就是复杂的地质环境,断面形状和尺度庞杂,最主要是有F77大断层横穿主厂房,且遭遇降雨入渗等影响厂房围岩稳定性的恶劣工程环境。因此,基于厂房开挖支护的数值仿真过程,通过是否考虑应力场或渗流场的影响等不同工况进行对比计算分析。依据计算的洞室内渗流量、围岩应力场、变形场以及塑性区分布等结果表明,主厂房和主变室边墙部位以及洞室拐角处需加强支护,且主厂房大断层处在施工过程中需要及时排水与加固处理。耦合作用下,围岩应力和位移均不同程度地增大、塑性区分布范围加深。因此,考虑应力场和渗流场的耦合作用是合理的,并且适时对地下厂房进行防渗和排水是十分必要的。     

大型地下厂房洞室群围岩开挖松弛效应与渗透性演化特征

锦屏一级水电站地下厂房洞室群开挖规模巨大,赋存于极高至高地应力和低强度岩体环境下,且受f13、f14、f18断层切割,其围岩稳定性将成为影响工程安全和正常运行的重要因素之一.结合现场声波监测资料,采用裂隙岩体等效弹塑性本构模型以及基于Hoek-Brown参数的偏应力破坏准则对开挖松弛区进行模拟与评价.此外,重点关注洞室群围岩在地下厂房开挖过程中渗透特性的演化,并采用SVA方法对其防渗排水措施的渗控效应进行分析与评价.研究结果表明:采用塑性屈服区以及偏应力破坏准则表征围岩开挖松弛效应是合理的,高地应力、低强度应力比是造成锦屏一级地下厂房围岩开挖松弛区较大的主要原因;洞室群围岩在地下厂房开挖过程中渗透特性可增大3个数量级,影响范围达35m;围岩渗透特性演化对渗流场具有显著影响,影响程度取决于与洞室群的距离以及防渗排水措施的渗控效应.     

水电站地下厂房渗控效应的敏感性分析

地下厂房多位于降雨形成的天然水位线以下,渗漏成为主要问题,不仅影响厂房的正常运行,还可能对厂房的安全造成极大的危害。文章采用有限元数值模拟方法,开展了地下厂房在不同防渗帷幕和排水系统组合失效工况下渗控效应的敏感性分析;通过多工况的计算,详细评价了水电站厂区防渗排水措施的渗控效果,从而为工程建设提供合理依据。计算结果表明:防渗帷幕能够有效减小渗流量、降低厂房区的自由面,排水系统排水减压效果明显,采取渗流控制措施后厂房洞室渗流场得到了很好的控制。     

深圳抽水蓄能电站厂房洞室群优选渗控方案分析

利用求解有自由面渗流场改进的节点虚流量全域迭代法,结合精确的排水孔模拟技术,对深圳抽水蓄能电站运行期地下引水管线区及厂房洞室群围岩区三维渗流场进行了有限元仿真分析,着重研究了优选方案中高压岔管开裂时引水支管区域防渗排水系统的渗流特性.研究表明,该区域设置封闭性防渗帷幕加排水孔幕组合防渗体系,能有效控制高压引水管开裂时的高压渗水,改善该区岩体渗透比降分布,保证了下游厂房运行期的安全.     

地下厂房围岩渗控效应精细模拟与评价

我国西南地区河谷深切,坝址区地貌及地质条件复杂,地下厂房的位置往往离库区较近,水库蓄水后,地下厂房围岩渗流特性将成为影响工程安全和正常运行的重要因素之一.为减小厂区渗漏并改善厂房围岩的渗透稳定性,工程设计采取防渗帷幕、排水孔幕和排水廊道等渗流控制措施.采用子结构、变分不等式和自适应罚函数相结合的方法(简称SVA方法),开展了牙根二级水电站厂区整体三维渗流场分析,评价了厂区围岩渗流控制方案的合理性,并论证其优化的可能性.研究结果表明:厂区防渗排水系统的渗流控制效果显著,防渗排水系统设计方案总体上是合理、有效的;厂区上部排水系统对于以库水渗漏为主的渗流控制不起作用,高高程排水孔幕的间距可适当放宽;厂区副排水孔幕对减少厂区各洞室渗漏量、降低厂区围岩孔隙水压力并改善围岩的稳定性具有显著作用.     

江底盾构隧道施工期流固耦合分析

渗流场对于高水压条件下施工期间水下盾构隧道结构及围岩应力场有很大影响.采用有限元方法,通过对江底盾构隧道施工期渗流场单场数值模拟和流固耦合分析,获得施工期渗流场分布特征、围岩位移场分布及衬砌背后孔隙水压分布等,对比分析了双洞同时开工及先后施工的隧道开挖断面周边位移、孔隙水压变化等差异,并提出高水压下隧道地下水排导方式,所得结论可为类似工程的设计施工提供了有益参考及依据.     

深埋隧洞渗流与应力耦合分析

富水区深埋隧洞工程,在建设过程中面临着与浅部隧洞明显不同的岩石力学问题,高水压力和高地应力是这类工程遇到的两大难题.地下水的渗流一方面对地下洞室的排水及周围地下水位有很大影响,另一方面地下水渗流对洞室围岩的力学、物理和化学性能产生影响.以有效应力原理为基础,应用渗透系数和孔隙度随体积应变改变而改变的动态演化模型,通过ABAQUS提供的接口,编制了用户子程序,从而实现了渗流与应力完全耦合,分析了渗流场与应力场的相互影响程度,为工程设计和施工提供了理论支撑.     

白鹤滩水电站典型层间错动带渗流模拟分析

为研究白鹤滩水电站层间错动带渗流特性,以电站右岸层间错动带C3为研究对象,基于FEFLOW建立了承压二维非稳定流有限元渗流模型,模拟在正常蓄水位825 m时,分析不同防渗帷幕布设下地下水渗流场分布及对右岸地下厂房区的稳定性影响.结果表明,帷幕和错动带渗透性对渗控效果影响明显,降低帷幕渗透性能显著减少排水廊道的排水量及降低厂房区的自由面高度;在现有帷幕布设下,帷幕渗透系数为1.0×10~(-5)cm/s时,厂房区上游的最大水力坡度值为9.25,超过了临界水力坡度值,而全封闭式帷幕布设能取得较好的渗控效果;与封孔情况相比,坝区勘探孔未封闭使厂房区上游最大水力坡度明显增大,且排水廊道排水量增加1.3倍,故在坝肩采用全封闭式帷幕且封闭勘探孔,能够有效降低厂房区的水头,为白鹤滩水电站防渗排水系统设计提供重要的科学依据.     

地下厂房洞群围岩渗流场有限元分析

运用固定网格结点虚流量法和排水子结构技术以排水孔开关器概念，对三板溪水电站地下厂房洞群围岩渗流场进行了三维仿真模拟，解决了由于多样性的地层结构，特殊的渗控措施和复杂的厂房结构而带来的诸多难题，成功地求解了三板溪地下厂房区的复杂渗流场。充分证明排水孔结构技术对求解精度提高的优越性。     

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。     

基于ANSYS温度场的煤层瓦斯压力模拟可行性

煤矿采掘施工会破坏瓦斯在煤层中的平衡状态。为研究瓦斯在煤层中的流动规律，采用ANSYS有限元软件对煤层钻孔抽采瓦斯进行数值模拟，研究一定时间内钻孔周围的瓦斯压力分布，以及测点随时间变化的压力变化趋势。结合桃山煤矿42035工作面的实测数据与模拟结果进行对比。结果表明：钻孔周围测点的实测数值与模拟结果基本吻合，说明利用ANSYS温度场进行瓦斯渗流模拟可行。     

基于瓦斯渗透异性的煤层抽采钻孔合理布置

基于煤层瓦斯渗透各向异性特征,在九里山煤矿煤层进行了180d井下瓦斯抽采有效影响半径测试,同时,建立煤层瓦斯各向渗透异性的气-固耦合渗流模型,数值模拟了瓦斯抽采有效半径的时变规律,分析了抽采钻孔的合理布置方式。研究结果表明:煤层平行层理方向的渗透率是垂直层理方向的渗透率的2.6倍左右。煤层钻孔不同方向有效抽采半径均随抽采时间增加而增大,且与预抽时间满足幂指数关系,数值模拟结果与井下现场测量一致。有效抽采距离在平行层理方向最大,垂直层理方向最小,有效抽采区域为椭圆形。据此确定了不同预抽时间煤层抽采钻孔的合理间距,并针对九里山煤矿二1煤层计算分析了预抽时间与百米钻孔数的关系。     

三维复杂排渗体的结构特征及有限元网格加密技术

通过研究水利水电工程中常用的由排水廊道和排水组成的排渗系统结构结构特征,提出了工程渗流控制中带有复杂排渗系统的有限元分析网格生成及其加密技术,设计编制了有限有处理软件。该软件已在冶勒水电站枢纽工程和横山热电厂灰坝工程的渗流控制优化分析计算中成功地应用于渗控分析有限元计算的前处理,生成了三维有限元网格。该软件的应用,使本需２０余天的前处理工作得以在短短的１￣２天内完成,为实现复杂渗控系统的优化布置多     

综放采空区抽放条件下自燃"三带"分布规律

主要从抽放条件下综放采空区的特点出发,对综放采空区抽放条件下的自燃危险区域进行划分。利用大型煤自然发火实验台,对铜川下石节煤样自燃特性参数(耗氧速度、放热强度和煤层最短自然发火期)进行了实验测定,为抽放条件下综放采空区渗流场的数学模拟提供了基础数据;建立了抽放条件下采空区渗流、氧化和扩散的数学模型,并利用数值模拟对该模型进行求解,得到了抽放条件下综放采空区内的氧浓度分布和漏风强度变化规律;利用数值模拟得到的氧浓度和漏风强度分布结果,结合自燃特性参数,对抽放条件下自燃"三带"进行划分,确定了综放工作面的极限推进速度,为高瓦斯矿井采空区早期自然发火预测及火区治理提供依据。     

二滩水电站基础三维渗流场分析

论述了基于固定网格结点虚波量法的改进排水子结构技术的算法理论和实施方法,通过对二滩水电站基础岩体复杂排水系统的精细模拟,详细分析了二滩坝基和坝后抗力体、水垫塘、地下厂房的渗流状态和渗控效果,对二滩枢纽基础的渗控控制措施作出评价。     

煤岩瓦斯抽放固结数学模型及应用

基于煤岩弹性变形理论和瓦斯渗流理论,建立了煤岩瓦斯抽放的弹性固结数学模型,给出了模型的有限元离散方程,并开发了相应的数值计算程序.利用建立的模型和程序模拟了辽宁某瓦斯抽放井抽放过程,结果表明由于考虑了煤岩应力和变形对瓦斯渗流的影响,瓦斯压和应力分布更符合实际情况,这为煤层瓦斯抽放模拟提供了一个新的手段.但没有考虑煤岩破坏对瓦斯渗流的影响是模型的一个缺陷.     

北石窟寺降雨与洞窟相对湿度变化规律研究

为了研究降雨对北石窟寺渗水病害的影响,通过2002~2008年每日三次的人工监测,对北石窟寺165窟、222窟、240窟的相对湿度变化及大气降雨进行记录,对降雨量与洞窟相对湿度变化规律进行分析。结果表明:2002~2007年,洞窟年平均相对湿度与年降雨总量变化趋势一致,2007年后由于人为活动的影响,变化趋势关联度很低;洞窟月相对湿度与月降雨总量变化趋势相同;一次降雨的直接影响在降雨1d前发生,降雨前和降雨后的两天为气压降低引起的毛细水上升高度增加引起的湿度增加;裂隙水和渗流补给在3 d后开始发挥作用,洞窟湿度增加,影响时间约14 d;降雨对洞窟相对湿度更大的作用表现为变化频率及幅度的增加;洞窟湿度常年稳定在55%以上,说明洞窟存在稳定的补给源,最有可能为赋存在窟前平台的基岩裂隙水。