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。     

岩体饱和非饱和渗流有限元分析及应用

针对裂隙高度发育的岩体,把裂隙岩体等效为连续介质来处理,建立了考虑地表入渗的裂隙岩体饱和非饱和渗流数学模型.采用有限元方法作为数值模拟手段,编制了考虑地表入渗的裂隙岩体饱和非饱和渗流有限元计算程序.最后介绍了文中分析方法在一实际工程问题中的应用.     

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。     

裂隙岩体非饱和带水汽内循环特征

为了解裂隙岩体内部水汽内循环(ICWV)特征规律,选择凤山采石场进行裂隙岩体温湿度监测,得到4个季节裂隙岩体非饱和带温湿度监测数据.对湿度数据进行横向及空间比对分析,结果表明,不同位置处的裂隙岩体非饱和带ICWV特征存在差异性,春季ICWV较为频繁,在孔深20～440cm均存在ICWV;夏季在岩体低处形成短时间的ICWV;秋季ICWV出现在岩体高处浅部;夏季和冬季在较高处,孔深20～100 cm ICWV频繁出现,并形成水汽的源汇项.春季在裂隙岩体内部形成湿度“异常分布区”,影响春季岩体ICWV规律.     

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。     

岩体离散裂隙网络渗流应力耦合分析

裂隙渗流具有沿裂隙网络做定向移动的特点,用非连续介质方法分析裂隙岩体渗流应力耦合更符合工程实际.本文以人工模拟的随机裂隙网络为对象,应用离散裂隙网络模型和节理单元模型,以裂隙开度变化为纽带,同时考虑渗透静水压力和动水压力的影响,研究水位变化条件下裂隙岩体渗流应力耦合特性.算例表明,考虑耦合作用时,岩体内部结点水头、结点应力和岩体渗流量会发生相应改变.岩体中水头大的裂隙段,耦合作用更加明显.在高坝工程岩体渗流分析和岩体稳定评价计算中,应当考虑渗流应力的耦合作用.     

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.     

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。     

等效连续裂隙岩体渗流与应力全耦合分析

推导了等效连续裂隙岩体渗透性与应力变形的关系,根据应变等效原则推导了等效连续裂隙岩体的弹性矩阵,首次采用四自由度全耦合法,建立了等效连续裂隙岩体渗流与应力的全耦合有限元方程组,进行了等效连续裂隙岩体渗流与应力的全耦合分析。     

非线性规划理论在裂隙岩体渗流反馈分析中的应用研究

利用实测渗流场资料反求岩体渗流参数是岩体渗流研究的一个方向,但目前在裂隙岩体渗流参数反馈问题方面进展不大,本文把非线性规划理论引入裂隙岩体渗流反馈分析计算中来,通过理论分析和实验验证,寻求到一种有效的适合裂隙岩体渗流运动特点的反馈分析方法,并获得了应用渗流反馈方法的几点指导性的结论。     

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。     

裂隙岩体非稳态渗流场与损伤场耦合分析模型

从流体扩散能量叠加原理出发,建立了裂隙岩体介质的渗流张量解析表达式。综合应用断裂力学与损伤理论,探讨了复杂应力状态下裂隙岩体的本构关系以及压剪裂纹的起裂准则,建立了裂隙岩体在压剪、拉剪应力状态下损伤演化方程,提出了渗透张量随裂隙损伤发展的关系以及裂隙岩体非稳态渗流场与损伤场耦合模型。     

考虑初始渗透压力的裂隙岩体本构模型二次开发及其验证

为充分研究含水裂隙岩体的力学特性,在摩尔库伦模型的基础上,充分考虑初始渗透压力的作用.对本构方程中的柔度张量进行适当的修正,生成考虑初始渗透压力的裂隙岩体本构模型.为了增加对比性,按照同样的理论推导方法及二次开发流程,在不考虑初始渗透压力的影响下,成功地生成未考虑初始渗透压力的裂隙岩体本构模型.在此基础上,利用C⁺⁺语言,将以上两种模型编译成可运行的动态链接库文件.为验证自定义本构模型的准确性,在FLAC3D中建立同一个50 m×50 m×1 m的圆形隧道数值模型进行对比分析.通过分别求解计算3种本构模型,分析各圆形隧道上4个对称点的位移变化情况.结果表明:将初始渗透压力直接引进本构方程中,利用C⁺⁺二次开发出来的本构模型是成功的.     

膨胀岩饱和与非饱和渗透特性试验研究

膨胀岩边坡的破坏往往与水的入渗密切相关.而膨胀岩的渗透特性又是进行边坡渗流场以及稳定性分析的依据.基于此,以南水北调中线河南安阳段的膨胀岩为研究对象,进行了饱和与非饱和渗透特性试验.试验结果显示:在同一时刻,所有膨胀岩试样的下渗速度随着初始含水量的增大而减小;在0~400kPa的吸力范围内,膨胀岩体积含水量随着吸力的增加降低幅度较小.利用V-G模型将试验结果进行拟合,得出了该膨胀岩试样的土水特征曲线.同时,预测了膨胀岩试样的非饱和渗透系数计算公式.阐明了膨胀岩的持水性能,并为计算膨胀岩边坡在水分入渗情况下的稳定性提供了依据.     

裂隙岩体核素迁移的稳态时间模型

将裂隙岩体渗流视为裂隙网络流 ,核素仅在岩体裂隙网络流中迁移 ;核素在迁移过程中同时存在吸附和解吸作用 .基于图论和单一裂隙渗流的立方定律 ,建立了裂隙岩体裂隙网络渗流模型 ;在此基础上 ,考虑核素在裂隙网络流中迁移时既被裂隙表面吸附同时又发生解吸 ,建立了裂隙岩体核素迁移的二维稳态平衡和非平衡时间模型     

岩质边坡渗流场中等效连续介质模型的应用

在运用等效连续介质模型分析了裂隙岩体诊流场时，综合考虑并比较了单孔压水试验和节理裂隙统计取得的渗透系数，获得了能较好反映原位地质环境的修正渗透张量．将这种确定渗透张量的方法应用于某铁矿边坡工程渗流场分析中，取得了较好的结果．     

石砭峪岩体裂隙非连续介质渗流对岩体强度的影响

利用非连续介质裂网络渗流数值分析方法结合工程地质勘察方法,对石砭峪供水洞进行裂隙网络渗流分析。在求知渗流量后,确定出渗透压力;在考虑渗透压力作用下,建立了对供水洞岩体变形性影响的数值计算模型。该项研究可用于实际工程岩体的稳定性评价,对工程施工具有指导意义。     

基于近场动力学与有限体积法耦合的裂隙岩体渗流模拟

考虑在不降低求解精度的情况下有效地减少计算量,基于有效应力原理提出了一种有限体积法与近场动力学耦合的方法来模拟饱和孔隙裂隙介质中水力裂缝扩展问题。首先,通过多孔介质渗流模拟算例验证了所提方法的有效性;其次,通过几个数值算例进一步验证了该方法在流体驱动下模拟饱和裂隙孔隙介质中裂纹扩展的能力和主要特点;最后,通过对5个工况的模拟,展现了围压差对水力压裂裂缝扩展具有诱导作用的现象。同时,将该耦合方法的数值模拟结果与其他数值、解析结果或试验结果相对比,进一步说明所提出的耦合方法能够有效模拟岩石流固耦合的力学扩展破裂过程。