岩体结构面的渗透性网络模拟研究

通过对裂隙岩体露头处的裂隙进行调查统计,根据备结构面的分布特征,进行计算机裂隙网络模拟.利用数值计算方法求解等效岩体渗透张量,通过对服从莱分布的裂隙网络进行多次抽样,得到该分区岩体渗透性的系列等效值,进而可以评价研究区岩体的渗透性状况,同时为合理评价工程岩体的稳定性提供科学依据.图3,参7.     

岩体渗透特性的渗透张量分析在某水电工程中的应用

对岩体渗透性能非均质、各向异性显著的特点，采用从裂隙几何参数测量、裂隙分组，到渗透张量计算这一流程，获得裂隙介质三维渗透张量场，达到准确地刻画岩体渗透特性的目的，并在西南地区某水电工程中得到成功的应用     

损伤导致的节理岩体渗流模型

岩体内部含有大量节理裂隙,当岩体受到扰动后,这些节理裂隙将张开、扩展并贯通,形成渗流通道,这使得岩体渗透性发生急剧变化。为了描述这种由节理裂隙扩展导致的岩体渗流场发生的变化,将这些节理裂隙看作岩体内部损伤,假设渗透张量与损伤张量主轴重合。在渗透张量主空间内,认为岩体在一个主方向上的渗透系数决定于其它两个主方向上的损伤,建立了相应的损伤与渗透系数之间的关系。在外部荷载作用下,损伤将发生演化,从而导致渗透系数也发生演化。为了描述这种渗透系数演化过程,采用已有的损伤演化方程,通过渗透系数与损伤之间的定量关系,来刻划岩体扰动过程中渗透系数的变化规律。通过与已有数据对比分析,本文所发展的损伤导致的岩体渗流模型是合理的,能有效地反映节理裂隙发育对岩体渗透性的影响。     

损伤导致节理岩体渗流模型

岩体内部含有大量节理裂隙,当岩体受到扰动后,这些节理裂隙将张开、扩展并贯通,形成渗流通道,这使得岩体渗透性发生急剧变化。为了描述这种由节理裂隙扩展导致的岩体渗流场发生的变化,将这些节理裂隙看作岩体内部损伤,假设渗透张量与损伤张量主轴重合。在渗透张量主空间内,认为岩体在一个主方向上的渗透系数决定于其他两个主方向上的损伤,建立了相应的损伤与渗透系数之间的关系。在外部荷载作用下,损伤将发生演化,从而导致渗透系数也发生演化。为了描述这种渗透系数演化过程,采用已有的损伤演化方程,通过渗透系数与损伤之间的定量关系,来刻画岩体扰动过程中渗透系数的变化规律。通过与已有数据对比分析及数值模拟验证,所发展的损伤导致的岩体渗流模型是合理的,能有效地反映节理裂隙发育对岩体渗透性的影响。     

基于水-力耦合理论的超深隧道围岩渗透性预测

涌水预测是特长超深隧道勘测设计及施工中面临的重要问题之一。围岩渗透性是涌水预测的基础 ,对于超深隧道 ,不能通过大规模抽水试验来获得渗透性参数。以水力耦合理论为基础 ,该文提出了一种超深隧道围岩渗透性预测方法。其主要思想是 ,首先确定近地表岩体的渗透张量 ;根据地应力实测资料进行地应力场的量级反演 ;选择适当的裂隙开度 -应力模型 ,预测不同深度的裂隙开度 ;在裂隙网络结构不随深度变化这一假定的基础上 ,计算隧道标高的围岩渗透性。     

确定岩体渗透参数的结构面控制反演法

从裂隙渗流的基本运动方程出发,反求岩体的渗透参数是工程控制论中一类典型的偏微分方程分布参数控制反问题,对于这类反问题常用数值法求解．考虑到结构面控水特点,依据岩体渗透系数张量与结构面产状的基本关系式,提出了一种结构面控制反演法．该方法不仅可以反算出岩体的渗透系数张量,而且可以反求出岩体控水结构面的当量渗透系数、渗透系数张量的主值和主方向,同时应用该方法计算的解具有较好的唯一性．以溪洛渡水电站工程为例介绍了这种数值反演方法在确定岩体渗透参数中的应用．     

岩石裂隙渗透性尺寸效应试验仪器研制

岩石裂隙渗透性存在尺寸效应,但目前尺寸效应的控制机理还不甚明了。为探索岩石裂隙渗透性尺寸效应的规律及其控制机理,研制出了一套岩石裂隙渗透性尺寸效应试验仪。该仪器由供水装置、加载装置、集水装置、测量装置及大尺寸岩石裂隙试样组成,可以模拟不同定水头压力以及不同法向应力作用下岩石裂隙的渗流过程,而且可以获得水流经不同裂隙面尺寸时的渗透参数,进而揭示岩石裂隙渗透性尺寸效应的规律。可为进一步研究岩石裂隙渗透性尺寸效应规律及控制机理等提供可靠的试验装置。     

泥岩全破坏过程中渗透特性试验研究

为了研究某矿区泥岩的渗透特性,提高底板抵抗承压水能力,对指导进一步开展泥岩的阻水抗渗特性机理提供科学依据。采用理论分析与室内试验相结合的方法,通过对全应力-应变作用下泥岩试样的渗透率、应力、应变与关键点指标测试,揭示泥岩岩样泥岩试样的渗透特性以及应变对渗透率的影响规律。研究表明:干燥状态下泥岩试样强度较高,是良好的隔水层,但遇水软化后其抗压强度大幅度降低;泥岩渗透率-应变曲线由低水平渗透段、裂隙导通渗透段和破坏后渗透段三段组成,泥岩的渗透率与应力状态关系密切,其渗透率的峰值往往滞后于应力应变峰值点,这由岩样介质本身的特性所决定;泥岩渗透率-应变曲线峰值前变化规律反映了岩石的破碎程度,而峰值点后的渗透率水平反映了岩石残余应力下的渗透特性。总体上来看,为防止承压水突破泥岩隔水岩层,应加强底板泥岩采动破坏深度及承压水导升高度的现场监测,这为底板采动岩体断裂失稳和突水等灾害预测预报提供参考依据。     

岩体裂隙网络管单元多参数模型渗透张量研究

根据现场实测的岩体裂隙产生状况,采用圆盘裂隙假设,用Monte-Carlo方法生成3组裂隙形成裂隙网络。基于水在裂隙中的沟槽流形态将三维裂隙网络简化成空间一维管单元模型,且认为管单元的等效管径与隙宽呈线性关系。设置每组裂隙等效管径与隙宽比值为待求参数,利用遗传算法反演得到,进而求取等效渗透张量,并与整体单参数模型获得的等效渗透张量相比较。与工程实测渗透张量对比,结果表明多参数模型较单参数模型能够更好地表征渗透张量。     

岩体结构面网格渗透张量分析方法

工程岩体的渗透特性研究是其渗流分析和稳定性设计的技术关键·作者以现场岩体渗透结构面概率模型统计资料为依据,采用离散介质方法建立典型裂隙网络模型,提出计算岩体结构面网络的等效渗透系数张量方法·应用等效连续介质模型分析方法研究区域岩体的渗流问题·针对现场的矿山边坡水文地质实体,运用该技术建立了反映岩体渗透各向异性的等效连续介质模型·实例分析表明,该技术途径不但适合工程岩体宏观渗流分析的特点,而且能够较为深刻地认识裂隙渗流的本质·     

基于有限元的不同粗糙度裂隙等效渗透性预测

含裂隙岩体的渗透性预测是分析油气开采、污染物迁移等渗透问题的基础。本文采用自行编写的子单元程序来求解不可压缩粘性流体的稳态纳维-斯托克斯流动方程,通过引入周期性边界条件(periodic boundary conditions, PBC)来消除以往的数值模拟中仅选用一小段裂隙而忽略裂隙延伸长度所产生的误差,并采用该方法探究了节理面粗糙度系数(joint roughness coefficient, JRC)、裂隙宽度以及裂隙两表面相互错动对裂隙渗透性的影响。结果表明随着裂隙宽度的增大,JRC值对渗透性的影响减小;仅使用JRC值无法精确评估裂隙的渗透性。     

岩溶裂隙水地区某水库的渗漏计算

本文采用“斯诺法”和“最优化反求法”相结合的方法,求黄河上游某水库西岸岩溶裂隙含水介质的渗透张量,然后对水库的渗漏进行计算和评价:计算结果与实际情况吻合较好;碳酸盐岩地区,裂隙中充有泥沙岩体的渗透性将迅速降低;黄河地带水库蓄水后的渗透性有所增强.     

剪切荷载对裂隙渗透性影响研究现状

综述了剪切荷载对裂隙岩体渗流特性影响的研究现状,认为:目前这方面的研究主要采用室内试验和数值模拟2种方法.室内试验方法可以准确地得到剪应力和裂隙渗透系数的关系,但对试验仪器精度的要求比较高,试样的制作比较复杂,试验的可重复性差;数值模拟方法能够定性地模拟出剪应力对裂隙渗透性的影响,但裂隙的宽度、走向、密度和长度等参数较难确定.总结了剪切过程中裂隙岩体渗透系数的变化规律,即:剪胀发生前,裂隙渗透系数随剪切位移的增加而减小;剪胀发生后,裂隙渗透系数随剪切位移的增加急剧增大,达到峰值位移后裂隙渗透系数趋于稳定甚至会减小.指出了需要进一步研究的问题:剪切荷载作用下裂隙变形和破坏规律;不同法向荷载作用下剪切荷载对裂隙渗透性的影响;裂隙岩体本构关系;等等.     

裂隙岩体几何和力学表征单元体尺寸的颗粒流分析

确定裂隙岩体的表征单元体尺寸对于准确分析工程尺度裂隙岩体的结构特性和力学特性非常重要。根据加拿大Brockville铁路隧道内裂隙分布的地质参数,采用Monte-Carlo法构建大尺寸的裂隙网络模型,计算不同尺寸裂隙网络模型的单位体积内的裂隙面积(P_(32))和单位体积内的裂隙数量(P_(31)),确定裂隙岩体的几何表征单元体尺寸(即几何REV)。然后采用颗粒离散元方法构建不同尺寸的等效岩体模型,利用数值试验法得到单轴抗压强度和弹性模量随岩体尺寸的变化规律,确定裂隙岩体的力学表征单元体尺寸(即力学REV)。最后探讨了几何REV尺寸与力学REV尺寸之间的关系,揭示了裂隙岩体结构特征和力学特征之间的内在联系。     

岩溶地基灌浆质量评价的声波全波列测井技术

在理论分析和数值模拟研究的基础上,将声波全波列测井技术应用到湖南吉首—茶洞高速某悬索桥塔基岩体灌浆质量检查中,利用声波图像,对钻孔附近发育的节理裂隙、破碎带和水泥砂浆充填情况进行分析。研究结果表明:结合地质条件,利用全波列测井信号属性参数的特征可以较好地表征裂隙岩体的充填效果;灌浆时水泥浆液在外压下主要沿连通性较好、延伸较远的裂隙向孔外岩体渗透;没有连通的裂隙则被忽略,或在灌浆压力下作用下劈裂而部分充填,形成不同的充填效果,呈现出不同的声波波场特征;声波全波列测井可以检查钻孔的孔壁及其附近岩体灌浆情况,不仅分辨率高,而且探测深度远远超过常规滑行波的探测深度,声波全波列测井技术应用于岩体灌浆质量评价是可行的。     

利用渗透张量法求取裂隙岩体渗透系数的随机误差分析

利用渗透张量法求取裂隙岩体的渗透系数是目前在求取裂隙岩体渗透系数中运用最广泛的方法之一.作者在分析裂隙岩体渗透张量计算公式的基础上,提出了利用渗透张量求取裂隙岩体渗透系数的误差的主要影响因素,详细论述了各因素对计算结果的影响.以此为出发点,利用误差的传递定律推导出了充填裂隙岩体和张开裂隙岩体的随机误差计算公式,并结合实际工程问题分别对充填裂隙和张开裂隙两种情况下利用随机误差公式进行了的误差分析.工程实践表明,误差分析的结果是合理的、可靠的.该误差公式的提出为修正利用渗透张量计算裂隙岩体渗透系数提供了一种新的思路和方法.     

卸荷裂隙对岩体边坡地震动影响的数值模拟研究

本文采用数值模拟的方法,利用UDEC软件,开展了卸荷裂隙对岩体边坡地震动影响的数值模拟研究,研究内容涉及卸荷裂隙密度及卸荷裂隙带深度的影响.根据该数值模拟出的结果可以看出,鞋盒裂隙的密度呈现的越大,其地震动就在该卸荷区域内的动力响应就会更加的强烈,而在坡肩上的加速度放大系数也就很大;卸荷带水平深度越大,卸荷岩体的动力响应的加速度放大系数就越小.上述规律对于岩质卸荷裂隙发育边坡地震稳定性分析具有指导意义.     

基于等效连续介质的坝区裂隙岩体渗控效应分析

将裂隙样本法和现场测试法结合,先用裂隙样本法初步确定裂隙岩体的渗透张量,获得渗透主值和主方向,再采用现场测试法来修正裂隙岩体的渗透张量。用上述方法对西南某水电站坝区裂隙岩体的渗透张量进行计算,通过对坝区右岸地下水位的数值计算值与钻孔实际水位的比较,验证该方法的可靠性。最后对坝区进行三维有限元渗流分析,验证坝区防渗排水措施的合理性。     

白岩尾矿库初期坝Ⅲ号冲沟斜坡稳定性评价及防渗处理

因变更了初期坝轴线，Ⅲ号冲沟斜坡在清基中发现了隐蔽发育于中厚层白云岩中的卸荷裂隙，裂隙宽度０．１０～１．００ｍ，深度３．２０～４．５０ｍ。根据勘探及试验资料，进行了斜坡稳定性和渗透性评价。结论得出：（１）在天然状态下，Ｋ＞１，斜坡稳定；（２）在饱水状态下，沿ｍ２滑移结构面，Ｋ＜１，斜坡不稳定；（３）斜坡浅层管道式渗透作用，将产生渗透破坏。建议采用团结——帷幕溉浆作防渗处理。     

岩爆隧道岩体质量评价的BQ法优化

探讨优化工程岩体分级标准BQ方法,使其更好地应用于岩爆隧道中。(1)综合RSR法、RMR法和HC法对结构面产状、洞轴线方向和掘进方向对围岩稳定性影响的考虑,对主要软弱结构面产状影响修正系数(K_2)进行了优化。当结构面走向与洞轴线垂直并且结构面陡倾,倾向与掘进方向同向时,围岩稳定性最好,K_2取小值;当结构面走向与洞轴线平行时,围岩稳定性最差,K_2取大值。(2)结合岩爆烈度分级体系,针对硬岩高地应力隧道,对初始应力状态影响修正系数(K_3)进行了优化。轻微岩爆对围岩基本质量指标BQ值较高的围岩影响较小,K_3取小值;岩爆级别越高,对围岩的稳定越不利,K_3取大值。对四川泥巴山隧道的部分掌子面围岩应用优化后的BQ方法重新计算[BQ]值并确定级别,分级结果与实际情况更吻合,能更好地用于确定围岩支护措施。