降雨渗流作用下残积土边坡的数值分析

介绍了某残积土边坡受降雨影响的变形特点及边坡渗流分析计算理论,得到了残积土边坡降雨作用下的稳定渗流场,编制了考虑降雨渗流引起渗透力作用的边坡非线性有限元计算程序,计算模型采用Duncan非线性弹性模型和修正v值的Duncan模型.根据计算结果,分析了降雨渗流对残积土边坡的应力和变形的影响.边坡应力水平较小,但应重视边坡变形引起裂缝的防治.     

水库黏土心墙坝稳定性评估

应用饱和稳定渗流与非饱和非稳定渗流理论、自动搜索滑动面的Morgenstern-Price法,以山西某病险库为研究对象,建立了水库大坝渗流和坝坡稳定性计算模型,设计了稳定渗流和非稳定渗流工况;对不同渗流条件下的最不利坝坡的稳定性进行了计算,客观科学评价了黏土心墙坝的稳定性.为黏土心墙坝的加固设计提供科学依据,同时非稳定流计算结果也对水库正常和非正常运行的科学管理提供指导.     

裂隙岩体介质温度、渗流、变形耦合模型与有限元解析

在建立了岩体裂隙介质三场耦合微分控制方程的基础上,推导了岩石、裂隙,水,气三相介质的温度场、变形场、渗流场耦合模型及有限元解析格式和分析计算方法,对国内某煤矿的多孔裂隙介质三场耦合实际工程问题进行了求解,对结果的可靠性及分析精度进行了论证.     

渗流-应力耦合及降雨入渗作用下的边坡稳定性分析

为了探究地下水和降雨入渗对边坡稳定性的影响,在分析强度折减法原理和渗流-应力耦合机理的基础上,建立了渗流-应力耦合数学模型;运用有限元数值模拟软件ABAQUS,计算出无地下水、有地下水以及地下水和降雨入渗共同作用三种工况下的边坡安全系数,并探讨了不同粘聚力、内摩擦角、弹性模量、泊松比、渗透系数、水头高度、降雨时间和降雨强度对边坡稳定性的影响。计算结果表明:地下水和降雨入渗会对边坡稳定性产生较大不利影响;边坡安全系数随粘聚力和内摩擦角的增大而增大,随水头高度、降雨时间和降雨强度增大而减小;而弹性模量、泊松比、各向同性的渗透系数对边坡安全系数几乎没有影响。     

基于MIDAS—GTS的渗流—应力耦合作用下边坡稳定性分析

土质边坡中的地下水渗流作用主要涉及水力学和土力学相互作用的问题。地下水位升降产生的渗流—应力耦合作用对边坡稳定性会产生显著的影响。主要分析了土颗粒微元体在渗流中的受力状态,并据此得出应力—渗流耦合方程,在此基础上,结合MIDAS—GTS中的渗流分析模块及边坡稳定性分析模块(SRM),得出渗流—应力耦合作用对边坡稳定性的影响大小。     

西南某机场高填方边坡于不同降雨条件下的变形影响研究

边坡稳定性问题一直是工程地质方面比较突出的问题。在稳定性分析过程中,高填方边坡的不稳定变形是工程设计、治理的核心问题。降雨入渗不仅仅会造成岩土体抗剪强度直接降低,还会改变滑坡体中非饱和区渗流以及地下水水位线,致使不稳定边坡动、静水压力改变,使边坡稳定性朝不利方向发展。所以当不稳定边坡与雨水入渗有着密切的关联。因此,分析降雨入渗情况下边坡饱和-非饱和渗流场,然后分析饱和-非饱和渗流影响下边坡稳定性发展,具有重要的意义。本文针对高填方边坡,研究了降雨对其稳定性的影响,对降雨入渗情况下西南地区某机场滑坡的渗流场特性进行了数值计算与理论分析,在此基础之上,用数值计算方法对滑坡体的稳定性进行了研究。主要利用了三维有限差分地下水流动数值模拟并结合前期勘察资料来模拟不同降雨条件下的地下水位等值线分布状态,以及FLAC 3D数值模拟软件结合地下水位等值线,对不同降雨条件下高填方边坡变形情况进行研究分析。得到了不同降雨条件下的渗流场模拟情况以及相对应的变形影响。     

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。     

流固耦合作用下节理岩质边坡失稳过程的RFPA模拟分析

利用基于强度折减法的RFPA-Slope对渗流与应力耦合作用下的软弱互层岩质边坡稳定性进行了数值模拟分析,数值模拟不但直观形象地给出了边坡的渗流场、应力场、破坏区分布,而且得到了边坡滑移破坏面的萌生、扩展、贯通以及坡体整体失稳的渐进破坏过程,同时求得安全系数.并与无地下水的稳定性作了比较,结果表明,地下水渗流的作用使坡体位移增大,边坡安全系数减小,明显加大了滑坡范围.对实例的分析说明,RFPA-Slope能够较为准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位置及计算相应的稳定安全系数,本文方法对于边坡,特别是对于复杂边坡的稳定性分析具有实用性.     

岩质边坡稳定性的渗流耦合分析

分析总结了裂隙岩体水力行为特征以及对边坡稳定性的影响,指出了边坡稳定性分析时对地下水研究的重要性。通过对某边坡在天然状态下和在考虑参流场作用时的三维有限元分析可知,渗流力的作用使边坡内破坏单元大量增加,安全系数也明显降低。     

由统计规律模拟生成的岩体裂隙网络的非稳定渗流数值分析

研究裂隙岩体中渗透水流随时间、边界条件的变化规律,从而客观反映渗透水流情况,具有重要的意义.利用MonteCarlo模拟岩体中裂隙网络分布情况,基于裂隙岩体网络非稳定渗流数学模型,编制相应的程序,并通过算例进行验证,进而对工程实例进行分析.结论表明:运用MonteCarlo方法模拟岩体中裂隙网络分布状况并进行渗流分析是一种较好的分析方法;当边界条件发生变化时,裂隙岩体中水头分布变化存在一定的滞后性,并且当边界条件变化一定时,岩体中水头分布受时间变化影响不大.     

非稳定渗流作用的岩体边坡稳定非连续变形分析

建立了分析边坡非稳定渗流场的有限元模型;考虑库水位降落的非稳定渗流的影响,应用非连续变形分析方法分析了岩体边坡的变形规律,并确定了边坡断层的极限内摩擦角;利用传统安全系数的概念,分析了某水库水位降落时边坡的稳定性,得到了该边坡稳定安全系数随库水位降速的变化关系.结果表明,在现行水库运用方式下该边坡是稳定的.     

岷江某水库蓄水运行期进水口高边坡变形特征模拟研究

岷江某电站库区前期地质勘查资料表明,枢纽区地下水类型主要有第四系覆盖层孔隙性潜水和基岩裂隙水。水库蓄水后水位抬升127m,对条形山脊两侧边坡地下水渗流场产生较大的影响,不仅改变边坡地下水原有渗流场特征及其补、径、排条件,而且由此产生孔隙水压力,对边坡稳定性产生较大的影响。利用地质原型和开挖边坡地质-力学模型(GMD模型),建立水库蓄水过程中,条形山脊地下水的渗流模型及水岩作用模式。进一步考虑蓄水渗流场的变化,对不同蓄水位高边坡的稳定性进行了数值模拟研究,探讨蓄水过程中,条形山脊高边坡形变场特征及其稳定性状况。三维数值仿真显示,水库溢洪道进水口与EL.885m平台下方L11层位(EL.840~852m)与2#泄洪洞的洞脸边坡左上方(EL.833.59~847.50m),为大变形集中部位。水库进水口一侧边坡在库水位上升过程中,岩体的变形范围将随水位的增高逐渐扩大,量级呈递增趋势。受蓄水位的影响,水库进水口边坡的临江(Y方向)位移往山内方向顺层滑移还是朝山外倾倒拉裂不定,层间剪切错动带成为正负位移的"转换断层"效应。     

碳酸盐岩酸蚀裂缝渗流-传热特性

充分认识流体在碳酸盐岩酸蚀裂隙面上的渗流传热特性,实现地热能的可持续开发利用是十分必要的。针对碳酸盐岩热储非均质性和缝洞发育的突出特点,采用自主研发的实时高温常规三轴试验系统,能够真实模拟岩石裂隙的真实对流换热过程。采用试验和模拟相结合的方法,进行了碳酸盐岩裂缝渗流传热耦合机理研究。结果显示,裂缝表面进行非均匀性溶蚀,形成一条具有导流能力的人工裂缝,达到改善流体渗流条件的目的;在温度一定的条件下,对流换热系数增幅与流量、压强呈正相关;采用COMSOL Multiphysics软件对碳酸盐岩单裂隙渗流传热过程进行了模拟计算,开展了实际热储层环境条件下对流换热仿真分析,实验结果验证了数值模拟的正确性与可靠性,获得了储层温度场的演化规律。     

Seepage properties of a single rock fracture subjected to triaxial stresses

Coupled properties of seepage and stress fields of rock fractures greatly influence the safety of geotechnical engineering work. Based on the closing deformation principle of a single rock fracture, equations describing relationships of aperture and triaxial stresses are developed, and coupled models of seepage and triaxial stresses are proposed. Seepage tests are conducted under triaxial stress conditions by adopting hard granite specimens with an artificial fracture. The results show that the normal stress, lateral stress and seepage pressure significantly affect the flow behavior of rock fractures, and that hydraulic conductivity decreases with increasing normal stress, but increases with rising lateral stress or seepage pressure. In addition, an exponential function provides a good representation of the seepage characteristics of a single rock fracture subjected to triaxial stresses.     

Seepage properties of a single rock fracture subjected to triaxial stresses

Coupled properties of seepage and stress fields of rock fractures greatly influence the safety of geotechnical engineering work. Based on the closing deformation principle of a single rock fracture, equations describing relationships of aperture and triaxial stresses are developed, and coupled models of seepage and triaxial stresses are proposed. Seepage tests are conducted under triaxial stress conditions by adopting hard granite specimens with an artificial fracture. The results show that the normal stress, lateral stress and seepage pressure significantly affect the flow behavior of rock fractures, and that hydraulic conductivity decreases with increasing normal stress, but increases with rising lateral stress or seepage pressure. In addition, an exponential function provides a good representation of the seepage characteristics of a single rock fracture subjected to triaxial stresses.     

裂隙岩体流热耦合的三维有限元模型

利用传热学和渗流理论,建立了深部裂隙地层流热耦合传热的三维数学模型。采用渗流和导热微分方程描述了裂隙岩体渗流场分布和水流及岩体的温度场分布,结合边界条件及计算参数对裂隙岩体的流固耦合传热进行了数值模拟。数值模拟结果表明:岩体内裂隙水流所引发的热质迁移,对裂隙岩体的温度场分布有重要影响。断裂带及地下水流的存在改变了岩体的原有温度场分布。模型揭示了岩体与裂隙水流之间发生的对流换热现象,模拟了岩体内的温度场分布,实现了由点向场的转变。模拟结果与实际情况相吻合,表明采用该方法研究裂隙岩体的流固耦合传热是可行的。     

应用两场耦合理论解析复杂岩基长期变形疑点

针对地质条件复杂,包含黏、塑性裂隙和软弱夹层等断裂带岩体的复杂混凝土坝坝基,在高水头渗流场与岩基流变的长期变形特性耦合作用下,对大坝系统结构性态的影响,结合原型观测资料和工程实例的地质力学分析,应用黏弹性、黏弹塑性有限元方法对复杂混凝土坝坝基岩体渗流与流变耦合的效应问题进行了深入研究.结果表明,该方法能合理解析实际工程在复杂混凝土坝坝肩和坝基地质条件、运行条件下产生的长期变形疑点.     

黄土高填方边坡渗透变形机理的物理模拟

天水市是我国黄土滑坡分布最密集、灾害最严重的地区之一。大面积的挖填方会改变场区的地下水渗流场,从而影响高填方边坡的稳定性。本文以天水地区马兰黄土为研究对象,通过野外详勘与室内物理模拟试验,对马兰黄土高填方边坡的渗透变形机理进行研究。结果表明:受填方前原始地形的影响,凹陷地形易于汇水,地下水流动受阻,易形成积水区,使地下水位抬升高度较大。随着时间的累积,地下水不断浸泡地基土,使其强度劣化,加之毛细水上升作用使地基发生湿馅和湿化沉降,易在边坡坡脚等富水区产生蠕滑变形,并牵引边坡后缘发生滑移拉裂,发生渐进式破坏而引发较大规模的边坡滑移。通过物理模拟,得出该地区马兰黄土高填方边坡受地下水影响产生的变形滑移模式为“渐进后退—牵引式滑移”。     

流固耦合作用下节理岩质边坡失稳过程的RFPA模拟分析

利用基于强度折减法的RFPA-Slope对渗流与应力耦合作用下的软弱互层岩质边坡稳定性进行了数值模拟分析,数值模拟不但直观形象地给出了边坡的渗流场、应力场、破坏区分布,而且得到了边坡滑移破坏面的萌生、扩展、贯通以及坡体整体失稳的渐进破坏过程,同时求得安全系数。并与无地下水的稳定性作了比较,结果表明,地下水渗流的作用使坡体位移增大,边坡安全系数减小,明显加大了滑坡范围。对实例的分析说明,RFPA-Slope能够较为准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位置及计算相应的稳定安全系数,本文方法对于边坡,特别是对于复杂边坡的稳定性分析具有实用性。