高压条件下岩体渗透系数取值方法研究

裂隙岩体在高水压条件下的渗透性可以通过高压压水试验获得。高水压状态下裂隙岩体中水流形态及渗流本构律对岩体渗透系数起决定性的影响。针对高水压状态下岩体中渗流形态为紊流和非达西流的实际情况,以高压压水试验中压水孔内的水压力和流量以及渗压孔内的孔隙压力等参量为基础,推导了单孔三段压水法和单孔单段压水法的裂隙岩体渗透系数计算公式。结合某抽水蓄能电站高压压水试验成果深入分析了不同渗流形态下的岩体渗透系数的差异性。研究成果表明,裂隙岩体水流形态对岩体渗透系数定量取值结果影响较大,同时高水压条件下水力劈裂产生也将导致裂隙岩体渗透系数取值的急剧增加。     

水库裂隙岩体渗透系数张量的确定

通过裂隙在空间展布状况的测量,用统计学方法初步确定裂隙岩体的渗透系数张量,获得渗透系数张量的主值及主方向。考虑到裂隙测量的误差,根据野外压水试验得到的单位吸水量,利用巴布什金公式计算岩体的各向同性渗透系数,对其进行修正,从而得到研究区裂隙岩体的修正渗透系数张量。并运用上述方法对蒲石河抽水蓄能电站上水库坝址区裂隙岩体的渗透系数张量进行了计算。结果表明,该方法能较好地反映裂隙岩体渗透性的各向异性特征,可为岩体渗透性分区及防渗帷幕的优化提供科学依据。     

结构面特征及应力边界对岩体渗透系数的影响研究

裂隙岩体介质渗透特性是研究地下水问题的重要参数,不仅取决于结构面产状规律同时与所处地应力环境相关。本文针对裂隙岩体渗透性问题,考虑结构面分布随机性,利用UDEC软件,通过多个数值分析模型,研究了结构面特征和应力边界条件对裂隙岩体等效渗透性的影响。结果表明：裂隙倾角、间距、隙宽和迹长对岩体的渗透特性均有明显影响,裂隙倾角与渗流主方向较为接近时,该方向的岩体渗透系数较高;岩体的渗透系数随裂隙间距的增加呈幂函数降低趋势,随隙宽的增加而增大;各渗透分量均随迹长的增加而增大,但增长速度由快变慢;岩体所赋存环境地应力场对岩体的渗透系数有明显影响,地应力水平的提高会导致有效水力隙宽减小,进而降低岩体的渗透性,渗透系数随地应力的变化基本呈线性关系。     

岩体单裂隙渗透性尺寸效应的数值模拟研究

针对渗透性尺寸效应涉及的影响因素众多、导致其演变规律及主控因素还不甚明了的问题,基于Comsol数值模拟软件,开展岩体单裂隙渗透性尺寸效应的数值模拟研究。建立开度服从正态分布的大尺寸岩体单裂隙模型(试样尺寸为5 m×5 m),在同一大尺寸试样上选取系列尺寸岩体单裂隙试样,并开展相应尺寸岩体单裂隙的渗透数值试验,观察岩体单裂隙渗透性随尺寸变化的演变规律。通过改变粗糙度、水力梯度和裂隙开度等参数,研究不同因素对岩体单裂隙渗透性尺寸效应的影响,确定其中的主控因素。数值模拟结果表明:岩体单裂隙的渗透性随试样尺寸的增大而增大,随后趋于一稳定值,其对应的试样尺寸即为临界尺寸;临界尺寸随粗糙度的增加、水力梯度的降低、裂隙开度的减小而增大;相较于粗糙度和水力梯度,裂隙开度对岩体单裂隙渗透性尺寸效应的影响更显著。     

大理岩岩体力学特性的水压-应力耦合试验研究

为研究裂隙水压力与应力条件对大理岩裂隙岩体力学特性的影响,利用MTS815 Flex Test GT 岩石力学试验系统,采用特殊的试样制备和地质过程模拟方法,制备成与试验机围压系统、渗压系统融为一体的大理岩裂隙岩体试件,并对其进行了不同水压、不同围压下的水压 应力耦合三轴压缩试验。试验结果表明：大理岩岩体强度性能与变形性能均具随水压升高而减小,随围压升高而增大的特征;水压从0到4 MPa的变化过程中,强度参数f 减小了20%左右,内聚力C大幅降低,变形模量E₀及E₅₀分别减小了7.7%和5.9%;围压从5 MPa到30 MPa的变化过程中,f 值略有降低,C值增大了2倍多,变形模量E₀及E₅₀分别增大了58%和50%。这些成果揭示了大理岩裂隙岩体力学特性的裂隙水压效应与围压效应,对实际工程问题的研究具有重要的参考价值。     

考虑应力状态的裂隙岩体渗透系数张量计算

渗透系数张量的正确确定是进行大范围裂隙岩体渗流计算的基础.以实测岩体不连续面的几何特征和统计参数为基础,利用立方定律计算渗透系数张量时,还必须进行裂隙粗糙度、裂隙网络连通程度的修正,并考虑应力变化对渗透系数的影响.对取自丹江口水库库区的辉绿岩剪切裂隙进行了不同围压和裂隙水压力下的渗透试验,结果表明:裂隙的渗透系数与净围压的关系符合指数函数特征,而随着裂隙水压力的增大,裂隙面两侧基岩发生附加变形,导致渗透系数增大.在此渗流试验的基础上对渗透系数进行考虑三向应力和裂隙水压力变化的修正后,得到新的渗透系数张量计算公式.对丹江口水库库区某段裂隙岩体渗透系数张量的计算实例表明,修正后的渗透系数张量更符合实际.     

含不同倾角裂隙砂岩渗透性能试验研究

针对西南山区水电边坡破碎岩体的渗透特性问题,以锦屏左岸边坡砂岩为例,对岩石试样预制不同倾角的人工裂隙,使用岩石高压渗透仪对其在不同围压和不同渗透压条件下的渗透特性进行试验研究,并对试验取得的渗透系数进行统计分析。试验结果表明,随着渗透压从0. 1 MPa增加至0. 5 MPa,裂隙砂岩亲水矿物受到溶解和冲刷作用逐渐增强从而产生新的渗流通道导致渗透系数增加。围压从2 MPa增加至4 MPa,使得岩石内部的裂隙与孔隙受到压缩闭合,导致渗透系数减小。0°、30°和45°裂隙砂岩的整体渗透系数依次减小,裂隙倾角的增加改变了裂隙渗流通道与初始渗流方向以及围压之间的夹角,还减弱了渗透系数对于围压以及渗透压的响应。     

多维荷载对不同含水率混凝土渗透性的影响

为研究多维荷载对不同含水率混凝土渗透性影响,利用ZYS-1煤岩多功能三轴渗透仪进行不同试验条件下三轴渗透性试验,研究了轴压、围压、孔隙压上升过程中渗透系数的变化趋势,并分别得出渗透系数特征曲线。试验结果表明:混凝土的渗透系数与轴压、围压呈负指数的关系;混凝土渗透系数对围压的敏感性更高,在围压较低时混凝土的渗透系数随围压变化较快;在围压或轴压的作用下,混凝土的渗透系数趋于稳定时,混凝土的渗透系数随着其含水率的增加呈现递减趋势且对混凝土含水率的敏感度逐渐降低。上述研究成果对研究和提升混凝土的耐久性具有重要意义。     

峡谷区岸坡岩体渗透性分布规律浅析

深切峡谷区河岸两侧岩体是水电工程建设的重点关注对象,其渗透特性的准确评估是边坡及地下工程防渗排水系统设计的基础,也是工程区渗流场分析与渗控效应评价的关键。通过对峡谷区多个水电工程坝址区水文地质资料进行统计分析,探究峡谷区岸坡岩体渗透特性分布规律。结果表明,岩体初始渗透系数主要受裂隙初始张开度等的影响,而衰减系数则主要是受岩性和地应力条件的影响;风化卸荷岩体的初始渗透系数和衰减指数均大于无卸荷微新岩体;风化卸荷岩体的渗透性主要受风化和卸荷作用控制,渗透系数较大,微新岩体由于风化卸荷作用的减小,自重应力成为渗透性的主要控制因素,且渗透性较为微弱。     

厦门东通道海底隧道工程岩体渗透性综合研究

厦门东通道海底隧道工程区全、强风化带岩体是具有孔隙介质性质的连续地质体,弱、微风化岩体可视为具有裂隙介质性质的非连续地质体.通过包括计算裂隙岩体等效渗透系数、原位抽水试验、压水试验和室内原状大样渗透实验等方法在内的岩体渗透性综合研究方法的运用,获得岩体渗透性指标.将各方法所获得的岩体渗透系数进行分级统计,取加权均值作为岩体的渗透系数,提交工程设计参考.实践证明,所获得的岩体渗透性指标是科学和有效的.     

围压和渗透压作用下塔木素深部黏土岩渗透及强度特性试验研究

深部岩体多处于复杂应力场和渗流场中,研究围压和渗透压作用下黏土岩特性对高放射性废物深地质处置库的设计开挖具有重要的意义.通过塔木素黏土岩围压加卸载渗透率演化试验及不同围压和渗透压下全应力-应变渗透率试验,分析了其渗透和强度特性.综合考虑围压和渗透压对黏土岩强度的影响,引入围压强化系数和渗透压弱化系数,并结合不同强度准则...     

砂岩渗透作用下声发射及分形特征研究

地下围岩经常处于渗透场-应力场的耦合作用中,为分析在相同渗透压、不同围压下砂岩的变形特性、渗透特性、声发射特征及基于声发射空间分布的分形维数特征,对取自某在建工程的砂岩进行了三轴渗透及声发射试验。研究结果表明:砂岩的抗压强度及变形能力随着围压的升高而增大;渗透率在不同围压下有着相似的演变特征,均是随着应变增大而先减小后增大,并随着围压的升高逐渐减小;声发射的演化过程反映了渗透率大小的变化趋势,渗透率随着渗透试验过程呈阶段性变化,围压越大,声发射现象越滞后;基于柱状分形理论,得到砂岩的分形维数随着试验进行逐渐减小,表明砂岩经历了一个从无序到有序的损伤演化过程,围压越大,对应的分形维数越小。研究结果有助于认识和理解砂岩渗透性的变化机制。     

含石率对断层土石混合体渗流特性的影响

断层破碎带是矿山突水的重要通道,大多数破碎带由土石混合体组成,其渗流特性对矿山突水的预测和防治具有重要影响。为了研究含石率对断层破碎带土石混合体渗流特性的影响,采用现场取样、实验室重塑的方法,应用 GDS 三轴试验系统研究了不同含石率土石混合体试样在不同围压和轴向压力作用下的渗透特性,并分析了渗透系数对含石率变化的敏感性;采用RFPA数值模拟方法,研究了不同含石率土石混合体试样的渗流特性和开裂破坏演化规律。研究表明:含石率越高,初始渗透系数越高,土石混合体强度也越高;土石混合体的渗透系数随围压的增大而减小,与轴压的关系可以用指数函数来描述;含石率为40%和60%时,含石率对渗透系数影响的程度最大;土石混合体渗透破坏时裂纹的扩展主要出现在块石之间的土体内,渗透系数的突变点与试样峰值强度破坏点及声发射次数最高点存在一致性。对断层破碎带土石混合体渗流特性的研究可为防治不同含石率断层区工程突水等地质灾害提供参考。     

中-细粒长石石英砂岩低渗储层在围压循环增减条件下渗透率变化规律的试验研究

二氧化碳(CO_2)地质储存灌注过程大都具有间断性、多期次注入的特点。多期次注入造成储层应力反复积累和消散,储层水平方向的有效应力也将呈现反复加载和卸载效应。通过实验,分析了两个岩石学特征相似的岩心样品在围压循环加、卸载并考虑注入间断期应力消散条件下岩石的渗透率变化规律。试验结果表明,在多次围压加、卸载刺激下渗透率显著下降,降幅可达到20%~40%;间断期应力消散对渗透率的影响很大,实际的注入工程数值模拟计算中应给予充分重视;渗透率变幅在高围压区小,在低围压区域大;根据实验数据构建了黏土矿物含量在10%左右的中-细粒长石石英砂岩低渗储层在多期次围压加、卸载过程的渗透率量化方程,为CO_2地质储存工程多期次注入同类型储层储存潜力评价和CO_2储层监测数据解释提供了理论依据     

不同应力路径下砂岩分段变速连续卸荷变形特性研究

为研究高陡边坡岩体开挖卸荷过程中的变形问题,结合实际高陡边坡岩体开挖应力变化特征,分别开展了室内三轴加载试验及卸围压卸轴压、卸围压恒轴压、卸围压增轴压3种应力路径下的分段变速卸荷试验.结果 表明,在每种应力路径下,岩样分段变速卸荷的变形模量都随初始围压的升高而增大,变形模量随卸荷当量的增加而减小.卸荷当量为0 ～ 60...     

节理倾角对砂岩强度及物理特征的影响

节理岩体广泛存在于实际工程中,深入研究节理倾角对岩体强度和物理特征的影响,对节理岩体工程稳定性研究具有重要的意义。通过完整及含不同节理倾角岩样在不同围压下的三轴加载破坏试验及声波测试试验,探讨了节理倾角对砂岩强度及物理特性的影响规律。试验结果表明①随着节理倾角的变化,岩样纵波波速衰减率有所不同,节理倾角为60°时岩样波速衰减率最大。②节理岩样的弹性模量随倾角大小的变化规律是E_完整>E _90°>E _30°> E _60°。③在同一节理倾角下,岩样峰值强度随着围压的增加而增大;在同一围压下,岩样峰值强度随着节理倾角的变化表现出明显的各向异性。④节理岩样的黏聚力随着节理倾角的变化呈现出U型的变化趋势,且在节理倾角为60°时黏聚力最小;同时内摩擦角随着节理倾角的增大而逐渐增大。由上述成果可知,节理倾角对砂岩强度和物理特性影响较大,节理倾角为60°时,影响程度最大。     

考虑围压效应的块状节理岩体变形破坏数值模拟

节理岩体变形模量是深部岩体工程设计及稳定性分析的重要设计参数,开展围压对节理岩体变形特征及破坏形态的研究具有重要意义。采用离散元数值模拟与室内试验测试相结合的研究方法,开展不同围压条件下含两组预制节理的块状节理岩体三轴压缩变形破坏数值模拟研究,主要结论如下:（1）块状节理岩体的变形模量随着围压的增大而增大,当围压超过4 MPa时,变形模量的变化趋于平缓;（2）块状节理岩体的破坏模式分为两种:一是产生沿着已有节理面的滑动破坏;二是产生穿过整个岩体的剪切破坏,且随着围压的增大,块状节理岩体的破坏模式由节理滑动破坏向岩块剪切破坏转变;（3）对于1+2、2+3、3+5和5+7块状节理岩体模型,发生破坏模式转变的围压分别为0.5、1.0、4.0和4.0 MPa。     

坝基岩体裂隙渗流效应数值模拟方法

为获取工程尺度的裂隙岩体三维渗流效应,在裂隙岩体基质岩块和裂隙水力传导特性研究基础上,推导了含裂隙单元渗透系数表达式。基于嵌入裂隙单元（EFE）模型,使用离散裂隙网络（DFNs）技术与连续介质渗流分析方法,提出了利用连续介质渗流分析方法模拟非连续介质渗流效应的数值模拟技术,通过算例对该方法的有效性进行了验证,分析了单元尺度大小对该方法计算准确性的影响,并提出了提高计算精度的措施。工程实例研究表明裂隙岩体渗流分析的EFE模型能够真实地模拟坝基岩体渗流路径和孔隙压力分布,更好地揭示坝基的扬压力实际非规则分布形态。