变开度岩体裂隙多相渗流实验与有效渗透率模型

岩体裂隙的有效渗透率是描述岩体非饱和或多相渗流的关键参数,而裂隙开度是影响有效渗透率的重要因素.通过自主研发的粗糙裂隙多相渗流可视化实验平台,针对天然岩体裂隙复制而成的裂隙模型开展变开度条件下的多相渗流可视化实验,研究开度变化对多相渗流流动结构以及有效渗透率的影响.研究表明:非湿润相流体运动通道,在低流量比条件下呈现出气泡流流动结构,而在高流量比条件下呈现较为稳定的通道流流动结构.随着开度的增加,非湿润相流动通道的分支变少、等效宽度增加,两相流体的有效渗透率均增大,流动结构趋于稳定.可视化结果还阐明了柱塞流流动结构下,两相流体交替占据裂隙空间的竞争机制:当非湿润相流体通道由连续转变为不连续时,裂隙进出口压差显著增加;反之,当该通道由不连续转变为连续时,压差显著减小.最后,基于分形理论以及渗透率统计建模方法,建立了考虑开度效应的岩体裂隙多相渗流有效渗透率理论模型,并通过实验测定的有效渗透率数据验证了该模型的正确性与有效性.     

裂隙岩体非稳态渗流数值模型及其应用

为解决裂隙岩体非稳态渗流问题, 发展了一种新的数值模型. 对于单裂隙渗 流求解, 其控制方程是基于一定假设的简化Navier-Stokes方程, 数值方法采用有限差分法 和流体体积法. 在裂隙网络中, 交界处渗流可以由专门的控制方程求解. 计算结果表明, 该 数值模型既可以大幅提高非稳态渗流的计算效率, 还可以避免孤立裂隙所带来的影响. 最后, 通过两个工程算例验证该数值模型的适用性.     

基于物理界面的双重介质有限裂隙渗流模型

基于连续介质或者离散裂隙假设,含裂隙的多孔介质渗流问题有多种数学力学模型。受物理界面的启发,提出一种新的有限裂隙连续介质力学模型,可以为宏观裂隙-多孔介质内的流体输运问题等提供近似计算方案。该模型属于一类双重介质模型,将曲面上低维度的流场转化为三维空间的流场,并且与连续的多孔介质的流场耦合,在数学上表示为统一的输运控制方程和初始边界条件。这个近似模型为不方便实施高维度-低维度耦合求解的数值计算方法提供新的模拟思路,如光滑粒子流体动力学等无网格粒子类方法。     

岩体中饱和渗流应力耦合模型研究进展

在大坝渗流与控制、各种水工隧洞和交通隧道以及地下各种洞室开挖、采矿工程与油藏开采中的水力劈裂、 岩坡和坝基的稳定性研究等领域中经常会遇到岩体的饱和渗流应力耦合问题.本文对这些领域中的渗流应力耦合问题分为6种力学模型: 等效连续介质模型、 裂隙网络模型、 双重介质模型、 断裂力学模型、 连续损伤力学模型和统计模型.前3种主要从经典的黏弹塑性本构着手考虑, 着重对渗流场的处理, 后3种则是从考虑岩体在耦合作用下发生损伤破裂行为方面切入, 着重于岩体结构内部发生质的改变带来的更加复杂的耦合效应.对这些模型进行了详细的介绍, 指出了这些模型的优缺点与适用范围, 给出了一些有代表性的研究成果, 并对该研究领域中未来的研究方向进行了展望.     

岩体系统渗流场与应力场耦合的广义双重介质模型的应用研究

本文通过实验资料分析, 提出了裂隙岩体应力与渗流之间的分形几何关系式。以研究区岩体系统结构为基础, 提出了岩体系统应力场与渗流场耦合的广义双重介质模型, 并将该模型应用于某水利水电工程的渗流与控制中, 对坝区岩体进行了应力场和渗流场的耦合分析, 取得了比较满意的结果。     

裂隙岩体注浆模拟实验研究

通过单一裂隙岩体和裂隙网络岩体注浆渗流模拟实验,分析和总结了裂隙岩体注浆渗流中的一般规律,并讨论了影响注浆渗流工程的各种因素。     

渗流对岩体高边坡位移的影响

根据渗流场和位移场耦合机理 ,结合某大型船闸工程 ,采用有限元法进行计算分析和对比 ,结果表明船闸在开挖过程中 ,渗流作用力对开挖边坡的稳定性影响很大。并指出对高边坡进行稳定分析时 ,正确考虑渗流作用力的影响十分重要。     

裂隙岩体中非饱和渗流与运移的概念模型及数值模拟

探讨了裂隙岩体中非饱和地下水渗流与溶质运移的几种概念模型的构造及数值模拟问题 ,如裂隙网络模型、连续体模型、等效连续体模型、双孔隙度 (单渗透率 )模型、双渗透率模型、多组份连续体模型等。在裂隙岩体中 ,非饱和地下水的渗流可能只局限于岩体中的岩石组份、或裂隙网络 ,也可能在裂隙和岩石中同时发生 ;对前一种情形只需考虑单一连续体中的流动 ,而后一种情况则需要包括地下水在岩石和裂隙之间的交换。岩体中的裂隙网络往往是溶质运移的主要通道 ;但当溶质在裂隙与岩石之间的渗透和扩散是重要的运移机制时 ,就需要考虑岩石与裂隙界面处的溶质交换。为了模拟岩石与裂隙之间地下水和溶质的交换 ,就需要了解岩石与裂隙之间相互作用的模式和范围 ,使得这类问题的概念模型较单一连续体模型多了一层不确定性、其数值模拟也变得更为困难。因为在实际问题中不易、甚至根本不能判别非饱和渗流的实际形态 ,具体采用哪种模型主要取决于分析的目的和对现场数据的掌握程度。不论哪种模型都会受到模型及参数不确定性的影响 ,因此必须考虑与其他辅助模型的比较.     

单裂隙流-固耦合渗流的试验研究

通过对较大尺寸的单裂隙岩体试块进行不同侧面加载的渗流试验,在实验室里开展了单裂隙流 固耦合渗流研究,模拟核废料贮藏库的围岩自由面的最危险部位的渗流量 应力耦合状态。分析了裂隙岩体渗流与应力的耦合机理,获得了几种典型情况下的试验数据,并拟合出不同应力条件下单裂隙岩体渗流量与应力间数学经验公式。从而说明并非任一方向的应力增加都能使渗流量减小,而是裂隙岩体的渗流量随着双向压应力的增加而减少,随着平行于裂隙面方向的单向压应力的增加而增加。缝隙开度虽然随着法向应力的增加而逐渐减小,但最终不可能完全闭合,所以,此时流量不可能为零。同时,在试验过程中还通过闭环控制来实现被加载面的均匀受力,这为大尺寸岩体试验提供了一种很好的加载方法。     

岩体渗流场与应力场耦合的集中参数型数学模型研究

本文在分析岩体的地质特征、参流特征的基础上,提出了岩体渗流场与应力场耦合的集中参数型数学模型,给出了耦合集中参数型数学模型辨识的递推公式,讨论了该模型的应用前景。     

基于区域分解算法的地下水耦合模型及其应用

根据岩体中不同区域裂隙发育规模的差异分为连续区域和离散区域,在不同区域中使用不同的地下水运动数学模型,应用区域分解算法来解决这类问题。其中连续区域采用了等效连续介质模型,离散区域采用了随机裂隙网络模型,通过区域公共边界上水位和流量连续的条件将两模型耦合求解。将基于区域分解算法的耦合模型应用于锦屏水电站坝址区三维渗流场的模拟中,通过钻孔观测水位和计算水位的对比发现,该方法是有效的,能够应用于实际工程。     

工程岩体卸荷破坏机制研究的现状及展望

综合讨论了工程岩体的性质、卸荷破坏的特点及其机制; 回顾了工程岩体卸荷破坏机制的研究现状, 对当前工程岩体破坏研究的主要问题和今后的方向进行了探讨与展望。     

龙滩水电站左岸边坡工程地质研究及蠕变体B区岩体质量评价

蠕变体B区边坡位于龙滩水库上游侧,是典型的层状反倾岩质边坡。由于风化卸荷以及其他综合营力的作用,边坡已发生了明显的折断错滑变形,因而其稳定性受到极大关注。本文的目的是在研究边坡构造特征的基础上,从岩体质量的角度认识蠕变体B区边坡的稳定性,为进一步边坡定量、定性分析提供科学依据。同时本文还对现有的岩体质量评价方法进行了讨论,并提出了动态岩体质量评价方法的概念。     

岩体的场位特征及其工程应用

岩体的工程特性与岩体所处的地应力场、渗流场的特征及其在场中的位置有着明显的关系 ,本文对岩体变形模量与地应力的关系及其在空间的变化特征进入了深入的研究。     

水蚀性岩层中的渗流和无机污染物的迁移

介绍水蚀性岩层中的渗流及金属和无机污染物迁移问题．通过对含有污染物的某些蓄水系统中的物理和化学过程的分析得出一些结论，并对这些过程不仅作了详细的说明，而且采用恰当的数学和化学方程加以讨论．在水蚀性岩层中无机污染物的迁移用高渗透率多孔介质中流动的基本方程近似地描述，而对流、水动力学扩散、稀释等影响可作为物理过程来阐述．总的说来，控制裂隙岩体中地下水流动与污染物输运的物理和化学机理是建立水蚀性岩层中无机污染物输运近似方法的基础．     

金川Ⅲ矿区岩体分类及其力学特性参数预测

本文针对金川Ⅲ矿区岩体质量及参数,并在11个钻孔数据资料的基础上,采用数学统计和数值模型来分别分析矿区岩体质量和力学参数的特征。对11个钻孔的资料进行详细的统计分析,进行每一个钻孔不同深度的岩体节理裂隙统计和岩体分类评价,并由此获得了建立矿块力学参数模型的数据。再建立表征整个岩体特性的三维力学模型,并揭示了矿块力学特性的分布特性和变化规律。此研究为崩落法采矿设计和数值模拟提供可靠的依据。