全吸力范围非饱和土水力渗透系数的计算

非饱和土水力渗透系数决定了水分在非饱和土体中迁移的速率,因此非饱和土水力渗透系数是研究水分在非饱和土中迁移规律的关键参数.一般情况,渗流数值计算软件将水力渗透系数方程作为输入参数,水力渗透系数方程的准确性直接影响渗流模拟结果的可靠性.常用的非饱和土水力渗透系数方程大多基于毛细水的相关理论,在低吸力区其计算结果与试验数据...     

防渗墙钻孔压水试验渗流参数研究

 钻孔压水试验所得到透水率及渗透系数仅限于半无限域岩体,若条形域防渗墙钻孔压水试验仍沿用半无限域公式计算其渗流参数显然不合适。针对防渗墙几何形状和钻孔压水试验原理,在基于稳定流承压完整井的渗流场条件下,采用复变函数方法将条形域中井流问题变换到半无限域中,再代入直线补给边界稳定流承压完整井流公式求解,从而导出条形域防渗墙上钻孔压水试验渗流参数求解表达式。提出对条形域与半无限域流量比Q?/Q和渗透系数比k?/k进行分析,讨论防渗墙与钻孔几何尺寸L/r0,r0对其影响;当取L/r0＜104.7,r0＜75 mm,k?= k或Q? = Q时,得出条形域流量Q?和透水率q?均大于半无限域,即Q?＞Q,q?＞q,而渗透系数k?＜k。根据条形域与防渗墙两侧的补给边界情况,给出防渗墙钻孔压水试验渗流流量表达式使用条件。经工程实例验证,在土体与墙体渗透系数比k1/k2＞100时按提出的计算方法与芯样室内渗透试验结果基本一致。该研究方法还可将钻孔压水试验推广到其他形状有限域渗流参数求解中。     

不同边界条件下非完整井抽水试验渗透系数计算方法研究

在实践中经常会遇到比较复杂的水文地质条件,或者裘布衣假定不成立,或者计算太过复杂,现有的规范、手册等未给出这些条件下稳定流抽水试验渗透系数的求解公式。为此,本文运用汇源理论和镜像法,结合具体工程实践,推导了在无限厚含水层和不同边界条件下非完整井稳定流抽水试验渗透系数的计算公式,通过工程勘察实践验算,验证了计算方法和公式的合理性。     

考虑曲折效应的粗糙节理渗流计算新公式研究

 粗糙节理的隙宽分布不均匀是引起节理渗流出现曲折现象的主要原因。针对节理试件B01和B02,在获得节理的三维表面形貌并计算节理的三维空腔组合形貌后,分别进行室内渗流试验和Reynolds方程下的节理渗流数值模拟,得到节理中的曲折流径分布,在此基础上根据节理三维空腔组合形貌定义定量描述节理渗流曲折效应的平均曲折因子。在考虑节理表面粗糙性的立方定理修正经验公式的基础上,采用分析岩石渗透系数的等效沟槽模型对粗糙节理的渗流进行分析,推导得到考虑曲折效应的节理渗流计算公式,并根据节理试件B01的数值计算结果确定渗流计算公式中的待定常数。然后采用节理试件B02的数值计算结果对渗流计算公式的准确性进行验证,计算结果表明考虑节理渗流曲折效应的渗流计算公式可以较好地反映节理中的渗流情况。在此基础上,将根据本文渗流计算公式得到的节理试件渗流结果与渗流试验实测值及速宝玉经验公式计算结果进行比较,结果表明：考虑曲折效应的节理渗流计算公式渗流结果与实测值一致,而速宝玉经验公式过高地估计了节理的渗流量,进一步验证了节理渗流计算公式的准确性。     

粗粒土渗透系数计算模型及试验研究

渗透系数是表征土体渗透能力的关键参数,较准确的渗透系数计算模型是研究难点。基于泊肃叶定律,把层流渗流土体等效为细管簇,建立渗透物理模型。根据水头损失细观机制,引入叠合系数,结合Darcy定律推导以孔隙率和等效粒径为基本参数的渗透系数理论计算公式,公式具有严谨的物理意义。对6种单一粒径组粗粒土进行渗透试验,利用试验数据对叠合系数进行拟合分析,得出可用于计算的叠合系数公式。通过渗透系数公式进行计算的结果与试验结果较为一致。为验证本文渗透系数公式的适用性,采用公式对相关文献中的砂性土、混合粗粒土试验数据作计算对比,计算结果与试验实测值接近。本文计算公式在较大粒径范围内比相关文献的渗透系数计算公式准确度有大幅度提高(验证范围为颗粒粒径≤20 mm的混合粗粒土和粒径范围在0.1～5 mm的砂性土),具有较高的准确性和合理性,最后对公式的适用性进行了分析和总结。     

节理岩体渗流的无网格与有限元耦合方法

节理岩体的渗透破坏、节理岩体中石油渗流、地下工程的防渗设计等无不与渗流计算有关,而节理岩体渗流介质的非均质性和各向异性特性、边界条件和几何形状的复杂性、初始条件的不确定性等因素制约着解析法在渗流计算中的应用。应用无网格法来求解节理岩体的渗流问题,建立节理岩体渗流的无网格与有限元耦合方法。通过变分原理详细推导无网格与有限元耦合方法求解节理岩体渗流的离散方程及相关计算公式,并利用耦合方法对边界条件进行处理。最后,给出的数值算例说明该方法的正确性和有效性。     

高渗压条件下基于非达西流的裂隙岩体渗透特性研究

钻孔高压压水试验是评估高水头条件下岩体渗透特性的主要手段。目前,高水压条件下岩体的渗透特性估算多借鉴基于Darcy流假定的钻孔常规压水试验行业规程推荐公式,尚缺乏成熟、有效的计算方法。基于非线性Izbash定律,建立高渗压条件下岩体渗透系数的估算公式,并将高压压水试验P-Q曲线分为线性段、非线性段和水力劈裂扩展段。提出的公式应用简便,各压水试验段岩体渗透系数的确定只需稳态下的流量和水头,并且表征水流流态的系数m可通过曲线拟合得到。通过对琼中抽水蓄能电站高岔区钻孔高压压水试验数据的研究表明,岩体的渗透特性不受水流流态的影响,在高压压水试验的线性段和非线性段基本保持一致;岩体发生水力劈裂后,岩体的渗透特性将急剧增大。建立的公式可为高渗压条件下岩体的渗透特性取值提供一种有效的途径。     

粉性土地区钻孔常水头注水试验求取渗透系数

野外注水试验是一种现场水文试验求取地基土渗透系数的简便方法,文章介绍了粉性土地区潜水含水层进行野外钻孔常水头注水试验计算渗透系数公式的推导,对试验过程进行了说明,通过工程应用中与抽水试验、室内渗透试验结果的比较,其方法较为可靠。     

隧道渗流场数值模拟的实现

依某高寒区隧道工程实际,对现场结构面参数进行实测,在此基础上,利用Monte Carlo法生成节理贯通网络图,得到主要的优势结构面。利用渗透张量法计算得到不同方向的渗透系数,同时利用单孔压水试验修正,得到裂隙岩体的渗透系数张量。采用有限元软件模拟隧道的渗流场,模拟结果为下一步渗流场影响温度场的数值模拟提供渗流速度的参数。     

大足县宝顶山石刻区岩体渗流模型研究

根据建模的一般原理,由石刻区岩体含水性及水力特性概化出石刻岩体渗流的概念模型,即石刻岩体上部渗流和下部渗流,并建立了相应的数学模型。经数值模拟,证明所建模型是正确的。     

地应力对裂隙岩体渗流特性影响的研究

岩体总是赋存于一定的渗流场与应力场中的，研究地应力场对渗流场的影响具有重要的意义。首先分析了裂隙岩体渗流运动的基本规律，研究了应力对渗流作用影响的机理。在此基础上，结合甘肃某工程进行了现场地应力测量及高压压水试验，并且作了大量地表的、钻井岩芯的节理裂隙地质调查，得到了该地区的地应力值和渗透系数值。然后通过回归分析，可以发现该地区渗透系数随地应力值的增大呈负指数递减的变化规律。     

基于连续介质模型的海底隧道渗流问题分析

 与普通山岭隧道不同,海底隧道的一个显著的特点就是有着无限的水源对海底隧道进行补给。海底隧道开挖引起的地下水渗流带来两方面的问题：一是结构水荷载的确定问题,二是涌水量的预测问题。将围岩看作各向同性连续介质,针对这两方面的问题进行研究。明确孔隙介质中水压力的实质;根据国内外最新研究成果,针对山岭隧道和海底隧道不同的边界条件,对各向同性渗透系数下平面半无限含水空间圆形隧道稳定渗流的涌水量和水压力分布的解析解进行分析;以青岛胶州湾海底隧道为工程背景,采用数值方法比较应力场对渗流场的影响,以及围岩渗透系数、水深、注浆圈渗透系数和注浆圈厚度的改变对围岩孔隙水压力和洞内涌水量的影响。分析结果表明：隧道开挖的成拱效应对围岩孔隙水压力的分布和洞内涌水量的大小影响不大;在不考虑渗流场和应力场耦合作用、水深一定条件下,渗透系数的改变不会影响毛洞孔隙水压力的分布;隧道洞内涌水量随着围岩渗透系数或围岩上覆海水深度的增大呈线性增大;注浆圈渗透系数的减小和注浆圈厚度的增大都可以达到减小隧道洞内涌水量的目的,在实际施工中应该在注浆的经济性和其堵水效果两方面进行综合分析,确定最优化的注浆参数。     

岩石剪切裂隙渗流特性试验与理论研究

 通过在三轴应力条件下对丹江口库区辉绿岩进行剪切破坏得到剪切裂隙,然后对剪切裂隙进行不同围压和裂隙水压力(渗透压差)作用下渗透性能的试验研究。研究结果表明：绝大部分岩样在剪切破坏后会形成单条贯穿剪切裂隙,这种剪切裂隙的渗透系数与净围压的关系符合指数函数特征,且受环向应变影响很大,但受轴向应变影响较小;裂隙水压力对裂隙渗透系数影响明显,在相同净围压下,裂隙水压力越大,渗透系数越大,其主要原因是较大的裂隙水压力使裂隙两侧基岩产生附加变形,导致隙宽增加。基于试验数据和理论分析,根据三维应力下的裂隙–岩块位移模型推导考虑裂隙水压力的渗透系数计算公式,该公式可以较好地描述不同围压和裂隙水压力下实测渗透系数的变化趋势,并且公式中的参数均可根据简单的三轴压缩试验得到,计算结果与实测数据符合较好。     

基于有效应力概念的矿井临界突水系数修正及应用

 矿井底板突水和水压致裂具有同源的力学机制,都是确定岩石(体)破坏的临界水压(突水系数为单位厚度的临界水压)。从水压致裂理论分析得出,有效应力系数对其作用显著。针对矿井底板破坏突水问题,通过对突水实例模拟分析,从稳态和瞬态两方面深入探讨有效应力系数变化对煤矿底板破断突水过程的影响。基于有效应力概念,推导煤层底板在不同渗透状态下临界突水系数的公式。最后,根据矿井底板不同的渗透特性,提出修正突水系数的计算方法和现场测试使用方法,对深刻理解岩体破坏突水的渗流力学本质、突水系数的内涵、指导底板注浆防渗设计,具有重要的理论和实用价值。     

基于核磁共振实时成像技术的裂隙砂岩渗流特性研究

地下工程岩体内部存在着大量不规则、多尺度的孔(裂)隙,使得其渗流问题十分复杂,研究裂隙岩体的渗流特性及流场分布对岩体工程安全和深部资源开发利用具有重要的工程实际意义。利用核磁共振岩石渗流过程实时在线分析与成像系统对含不同裂隙性状的砂岩试样开展裂隙岩石渗流试验,对渗流过程中试样的体积含水率、T2谱曲线和渗透系数等参数的演变规律进行分析。结果表明:裂隙岩石试样的渗透特性与裂隙倾角和数量有关,岩石裂隙萌生和扩展受到渗透压力增加的影响,试样渗透系数呈现缓慢增加后平稳的趋势。当围压增大时,试样渗透系数减小,且当围压超过10MPa时渗透系数变化的敏感度降低。T2谱分布曲线的结果则表明流体首先在微孔隙中发生渗流扩散,然后在主裂隙中聚集,逐渐形成完整渗流通道。根据立方定律推导的渗透系数计算公式能较好的反映试验结果,为实际工程中低围压裂隙岩体渗透系数的计算提供更加安全可靠的方法。最后,通过对裂隙岩石试样的渗流过程进行核磁共振成像,直观获得了试样内部渗流场的分布规律,可准确描述流体在裂隙试样中的流动状态,为实际工程岩体裂隙渗流问题提供有意义的指导。     

大连地下石油储备库初始渗流场数值反演

 初始渗流场分析是水封式地下石油储备库设计中的重要内容和先决条件,现场压水试验只能提供较准确的各向同性渗透系数,而不能反映各向异性的渗透特征。结合大连地下石油储备库工程,提出一种基于随机节理网络模拟技术反演岩体各向异性渗透特征的方法。首先,采用三维离散元程序3DEC内置的Fish语言,直接生成不同尺寸的三维节理网络模型,通过推导的判别式来统计模型中各组节理的个数及产状信息。其次,利用裂隙介质的渗透张量理论计算不同尺寸的岩体渗透张量,进而确定节理岩体的表征体元(REV)。根据现场压水试验实测资料,修正节理岩体的渗透张量,再利用Matlab软件计算渗透主值及渗透特征向量。最后,考虑渗透系数的空间正交各向异性,采用FLAC3D的Fl_anisotropic的渗流模型反演库区的初始渗流场,为水封式地下石油储备库水幕设计及稳定性分析提供较合理的初始渗流场条件。     

Coupled hydro-mechanical effect of a fractured rock mass under high water pressure

To explore the variation of permeability and deformation behaviors of a fractured rock mass in high water pressure,a high pressure permeability test(HPPT),including measuring sensors of pore water pressure and displacement of the rock mass,was designed according to the hydrogeological condition of Heimifeng pumped storage power station.With the assumption of radial water flow pattern in the rock mass during the HPPT,a theoretical formula was presented to estimate the coefficient of permeability of the rock mass using water pressures in injection and measuring boreholes.The variation in permeability of the rock mass with the injected water pressure was studied according to the suggested formula.By fitting the relationship between the coefficient of permeability and the injected water pressure,a mathematical expression was obtained and used in the numerical simulations.For a better understanding of the relationship between the pore water pressure and the displacement of the rock mass,a 3D numerical method based on a coupled hydro-mechanical theory was employed to simulate the response of the rock mass during the test.By comparison of the calculated and measured data of pore water pressure and displacement,the deformation behaviors of the rock mass were analyzed.It is shown that the variation of displacement in the fractured rock mass is caused by water flow passing through it under high water pressure,and the rock deformation during the test could be calculated by using the coupled hydro-mechanical model.     

三峡水库调度对库岸斜坡体内渗透压力与斜坡稳定性影响研究

在分析三峡库区松散堆积斜坡岩土体结构和地下水赋存条件的基础上,着重探讨了三峡水库水位调节时斜坡中渗透压力的作用方式和强度,用地下水动力学中潜水渗流理论研究某类边界条件下的渗透压力,提出斜坡渗透压力评价和计算公式,从而为客观地评价斜坡的稳定性状况、设计合理的斜坡防治工程及节约工程造价提供依据。     

基于非稳定渗流随机有限元的隧洞涌水量预测

 在隧洞涌水量预测分析中,由于地质条件等不确定性带来岩体介质渗透性的空间变异性,所以渗流场不可避免地具有随机性。于是将岩体介质渗透张量视为三维各向异性空间随机场,并利用三维可分离向量随机场的局部平均法对随机场进行离散,从而得到一系列随机变量来近似描述随机场。然后基于一阶摄动法随机变分原理,推导出了三维非稳定渗流场随机有限元列式,通过对随机有限元列式的求解,得到非稳定渗流的随机渗流场,结合一阶Taylor级数展开随机有限元法,推导出渗流场中流量的均值和方差的计算公式,并编制相应的程序。最后,以一隧洞开挖为算例,进行涌水量的随机预测,并验证所提方法和程序的正确性和可行性。