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;...     

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...     

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.     

不同JRC粗糙单裂隙的渗流机理数值模拟研究

岩体裂隙的渗流理论具有广泛的应用价值,其中裂隙的表面粗糙和结构迂曲特征是影响渗流的重要因素.因此,在构建的粗糙单裂隙模型基础上开展了关于裂隙粗糙特性和迂曲特性对渗流影响的机理性研究.自行编写了基于格子Boltzmann方法用于模拟裂隙内流动的计算程序并进行了验证.利用该程序对具有不同JRC值和开度的单裂隙进行数值模拟.将模拟结果与考虑迂曲度修正的渗流立方定律(LCL)结果比较,发现迂曲修正的立方定律预测流量具有一定偏差.分析认为在粗糙单裂隙中,迂曲和粗糙两种因素同时对渗流作用,并且相互耦合,随着裂隙开度不同而相互转化,因此需要同时考虑迂曲和粗糙作用,使用两者对单裂隙渗流立方定律修正.结果认为含迂曲和粗糙双重作用的模型在预测粗糙单裂隙渗流特征时能获得相对更准确的结果,具有一定的工程应用价值.     

岩体单一裂隙动水注浆数值模拟研究

针对当前深部高应力地区裂隙面变形过程中咬合作用强烈,常导致局部凸起闭合形成“岛状”低水力开度区的现象,运用有限元软件建立单裂隙中部分填充固体表征非均匀水力开度模型模拟动水环境下浆液扩散过程,得出裂隙面的水力性质具有显著控制作用;计算结果表明：浆液横向最大扩散半径与低水力开度区域等效半径成负相关关系,而逆水流方向扩散半径与低水力开度区域等效半径成正相关关系。注浆是深埋碎裂岩体加固与防渗的重要技术手段,注浆变量因素对浆液最大横向扩散半径的影响程度为物理力学开度>水流速度>注浆速率>低水力开度区域有效半径;注浆变量因素对浆液逆水扩散半径的影响程度为注浆速率>物理力学开度>水流流速>低水力开度区域有效半径。相较于平行板注浆,非均匀水力开度裂隙模型更加符合实际工程状况,可为实际裂隙注浆提供参考价值。     

淮北市裂隙岩溶水动态模拟与超采评价

以淮北市裂隙岩溶水源地开采实际为研究对象,利用水位自回归与多元回归相耦合的方法建立水位动态模拟模型;根据对1997-2004年期间实际水位动态的模拟过程与结果,论述耦合方法计算精度较好的内在原因,阐述该方法的优越性;结合区域水位动态特征,分析区域裂隙岩溶水超采的成因,从用水公平角度讨论超采临界水位的确定方法,利用动态模拟模型评价水源地的超采程度;基于区域水位动态特征和超采评价结果,探讨水源地限采的技术思路.     

矿井底板突水的数值模拟

本文根据岩石力学和渗流力学理论，用广义的运动稳定性原理，建立了矿井底板突水的数学模型和突水发生的判别准则，并进行了数值模拟。     

基于流-固-损伤全耦合模型的裂隙型岩溶突涌水数值模拟

岩溶地区隧道建设频遇突涌水灾害,裂隙型突涌水勘察与预测难度极大、致灾风险高。为揭示裂隙型岩溶突涌水机理与明确前兆信息,本文基于“流-固-损伤”耦合模型对裂隙型岩溶突涌水致灾机理与临界条件展开研究。通过公式推演与多场耦合数值分析得到以下结论：(1)建立了完整的“流-固-损伤”耦合裂隙型岩溶突涌水致灾机理数学模型,并论证其可行性与合理性;(2)分析了不同溶腔水压工况下,隧道拱顶围岩位移演化规律。结果表明,裂隙型岩溶突涌水与富水溶腔水压高度相关;(3)分析了临界突水条件下围岩特性,提出了“缓慢增长段-快速增长段-位移失控段”的三阶段裂隙型岩溶突涌水围岩位移演化规律。     

岩溶发育地段地铁车站深基坑工程渗流参数数值模拟研究

以岩溶发育强烈的地铁车站基坑工程为例,系统阐述了基于等效多孔介质理论概化基坑场区岩溶地层水文地质条件,建立基坑场区岩溶地下水渗流数值模型的方法。通过将模型运用于抽水试验模拟,使得抽水试验模拟结果与实测误差在合理区间上,反演出基坑岩溶水文地质参数。最后从岩溶地层结构特征和抽水试验两方面对模拟误差进行分析,为基坑岩溶地层水文地质参数数值反演提出建议,可为今后岩溶基坑工程地下水渗流模拟提供参考,具有重要工程意义。     

煤体采动裂隙场演化与瓦斯渗流耦合数值模拟

对FLAC3D的自带Mohr-Coulomb模型进行了修改,利用VC++6.0编译出Frac.dll。利用现场煤体采动裂隙观测结果作为初始裂隙状态,对采动裂隙扩展、交叉过程进行全程模拟。同时对此过程中的瓦斯流动情况进行研究。通过与现场实测数据对比,模拟结果与实测值不仅在数值上符合较好,而且分布规律和变化趋势也很一致。     

矿井突水模型试验顶板离层破断数值模拟研究

针对矿井突水模型试验中的顶板离层破坏,用有限差分程序(FLAC)中的interface单元模拟层理面,开展流-固耦合模拟研究.实现了对矿井突水模型试验中顶板离层破坏和突水全过程的模拟,模拟结果较好地刻画出煤层开采后顶板岩层从沉降、离层直至垮塌突水的整个过程,能有效反应出矿井突水前顶板围岩位移急剧增大,渗压先增大后迅速降低的过程.同时将计算结果与试验监测数据进行了对比,二者吻合较好,表明所用的方法能够正确模拟矿井突水和顶板破断过程,该方法可以为矿井顶板离层破断突水等问题提供数值基础和相关前兆参数.     

高速铁路隧道岩溶突水发生机理研究

针对高速铁路隧道经过岩溶发育段频频发生突水、突泥的现状,以油坊坪隧道岩溶突水为研究背景,对其突水机理展开了理论及数值计算研究,建立了油坊坪隧道岩溶突水的两类力学模型,对两类模型的力学失稳机理展开了理论推导,将理论推导结果应用于油坊坪隧道岩溶突水现场,理论计算结果与隧道现场突水情况相一致。通过快速拉格朗日Flac3D程序对岩溶突水的机理及相关规律进行了数值分析计算,计算结果表明,隧道未开挖时,隧道的左拱顶沿岩溶管道方向渗流矢量强烈,表明左拱顶附近将是地下水的重要渗流通道;隧道开挖后,岩溶通道彻底打开,岩溶管道渗流朝管道临空面,隧道环向渗流矢量均朝隧道中心;对岩溶管道进行注浆处治并施加衬砌后,孔隙水压力发生明显降低,岩溶通道的一定范围外的左下侧、右侧易沿矢量集中位置形成渗流通道,可以将该范围视为需注浆加固处治区域。     

济南泉域裂隙岩溶水系统管理模型

针对济南泉域裂隙岩溶水系统开发的实际,提出了确定决策变量权重的新方法,建立了新的泉域地下水系统管理模型,并进行了两个方案的优化管理,得到了满意的结果。对解决我国北方岩溶泉域地下水资源开发与泉群保护的矛盾探索出了一条新路。     

岩溶陷落柱围岩支承压力-渗流演化特征数值模拟

为保证含陷落柱复杂煤层的安全开采,合理确定煤柱尺寸对于此类煤层水害防治至关重要。采用理论分析与数值模拟建立固-液耦合模型计算手段,计算了孔隙水压力与安全煤柱尺寸之间关系,分析了开采过程中围岩支承压力演化过程、围岩变形破坏规律、渗流演化特征等。结果表明:随着陷落柱内部孔隙水压力的不断增加,满足安全需求的煤柱尺寸增加;围岩应力分布特征呈拱壳型,拱顶在工作面倾斜上部区域;开采引起的围岩支承压力与陷落柱体侧支承压力存在增强-降低-再增强演化过程;支承压力叠加导致工作面围岩产生大量裂隙是陷落柱导水通道产生的主要原因;工作面围岩塑性区分布呈马鞍形;随着工作面不断推进,渗流影响范围不断增大,渗流轮廓呈梯度型分布,煤柱处孔隙水压力不断升高;综合确定了合理煤柱尺寸。研究结果为现场实际生产提供参考依据。     

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.     

应力场与渗流场相互作用下裂隙岩体水流运动的数值模拟

研究岩块相对不透水情况下大尺度裂隙中渗流运动的规律及其计算，推导了各种不同流态时计算渗流的公式，阐述了裂隙开度和应力的关系，介绍了考虑应力影响时的计算方法，算例表明了应力状态对渗流计算的显著影响。     

断层突水非线性渗流-应力耦合研究

针对断层水突出日益严重的问题,为揭示断层水突出过程中流固耦合作用影响下突水不同时刻、不同阶段的承压水运移规律,在断层破碎带中应用非达西流动方程并考虑应力作用和孔隙水压力作用对断层带中岩石力学参数的影响,应用Comsol软件建立含水层-断层-工作面三个阶段的断层导通前后达西-非达西-自由流动方程,获得应力-水压力作用下断层水突出及流动机理。结果表明:非达西Forchheimer方程能有效模拟计算高水压高流速水流在断层中的流动过程;流固耦合作用对断层中的非达西流动特性影响较大,断层破碎带作为含水层和工作面的连接部,其在应力作用下的渗透性突变是断层突水形成的根源。     

岩溶-裂隙介质渗流的三重介质模型

针对某水利枢纽坝区岩体内岩溶、断层、裂隙发育的实际情况,利用折算渗透系数的概念,建立了集达西流和非达西流于一体的岩溶管道-裂隙-孔隙三重介质地下水渗流模型,并对该枢纽坝区左岸岩溶含水系统进行了数值模拟.计算结果表明三重介质模型较真实地刻画了岩溶地区地下水渗流的特征.     

下保护层开采数值模拟与突水危险性评价

为了确定断层附近防隔水煤(岩)柱的合理宽度,解决煤炭安全生产问题,以山西省某矿下保护层开采为工程研究对象,用FLAC3D数值模拟软件进行了数值仿真计算,充分考虑了断层的产状和落差,再现了回采工作面在推进过程中的顶底板采动裂隙的发展情况,并结合经验公式法确定了隔水煤(岩)柱的合理宽度。同时还利用数值计算结果,对该矿六采区下保护层开采作了突水危险性评价。研究结果表明:断层不但是影响保护层开采底板扰动破坏程度的重要因素,也是确定防隔水煤(岩)柱宽度的关键所在。在对矿井突水危险性评价中,应该考虑采动对底板扰动破坏的影响。     

裂隙岩体渗流研究综述

裂隙岩体渗流对于边坡、地下工程及基础岩土体的承载能力有显著地制约作用。该文简要综述了现有研究对岩体裂隙模型的分类、渗透参数的研究以及裂隙岩体的实验理论分析。并对裂隙岩体渗流研究进行了展望,为今后裂隙岩体渗流研究提供了有益的方向。