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.     

单裂隙岩体水-力耦合数值分析

随着地下工程的不断发展,诸多地下工程在水-力耦合作用下发生失稳破坏,裂隙岩体水-力耦合一直是国内外学者研究的热点问题。基于单裂隙岩体水-力耦合概念模型,应用离散元程序计算分析裂隙水压强、岩体应力对裂隙渗流场和岩体位移场的影响。计算发现：模型约10 s后达到稳态,节理流体形成从左向右的渗流场,节理入口处流体压强与节理流体压力梯度成正相关;节理岩体位移主要形成从节理入口处向其周边辐射的位移场,节理入口处流体压强与节理岩体位移梯度成正相关;节理岩体水压主要形成从节理中部区域处向其周边辐射的水压场,岩体顶部施加向下应力与节理水压梯度成正相关。研究结果对解决地下工程水-力耦合问题具有一定的科学意义和工程价值。     

裂隙岩体施工监测反馈分析中的参数辨识

对包含中等尺寸的成组分布裂隙的岩体，采用岩体几何损伤本构模型，用监测位移反馈分析法同时辨识岩体弹性模量、地应力及损伤参数。讨论了含一组裂隙和两组裂隙情况下弹性模量与损伤参数共同辨识、地应力与损伤参数共同辨识以及三者同时辨识时的可靠性问题。由识别结果给出了可靠辨识的参数组合。     

单裂隙岩体中核素迁移行为的有限元分析

用等效多孔介质模型模拟天然单裂隙岩体,以泛函变分法为基础,推导出在该系统中核素迁移的二维有限元模型.根据该模型编制了计算机程序,计算结果与实验值吻合较好.     

裂隙岩体松弛模量分析

利用线粘弹性断裂力学原理和Betti能量互等定理，推导了裂隙岩体单轴松弛模量和体积松弛模量的理论表达式，对比了两者之间的差异。并通过自洽理论来考虑裂隙相互作用的影响，计算结果指出裂隙间的相互作用将导致岩体松弛模量增大，这些研究成果为根据室内岩石流变试验推测裂隙岩体的流变特性提供了一种可能。同时还分析了几种流变材料的长期松弛稳定，并指出不同裂隙密度下岩体裂隙应力强度因子将随裂隙半径的增大而增加。     

裂隙岩体硐室抗爆稳定性影响参数

为研究裂隙岩体硐室抗爆稳定性的影响因素,采用Froude相似理论开展不同隙跨比硐室的抗爆模型试验,分析不同工况下围岩压力、洞壁位移及应变的变化规律,通过数值模拟对试验结果进行验证,进一步探究节理范围、倾角以及爆点位置对硐室抗爆稳定性的影响.研究结果表明:隙跨比对硐室抗爆稳定性的影响较大,其中,隙跨比大的硐室未出现明显损伤,整体稳定性较好,隙跨比小的硐室的破坏现象较为严重;数值模拟与模型试验的结果较为一致,证明研究方法的合理性和可行性;侧邦及底板处节理范围的改变对硐室抗爆稳定性的影响较小,拱部节理倾角的增加可提高硐室的抗爆稳定性;在结构面倾向边爆炸时,模型硐室的破坏最为严重.所得结果可为地下工程选址以及支护提供一定的参考.     

耦合岩体主干裂隙和网络状裂隙渗流分析及应用

对地下水在各项异性裂隙岩体中的三维渗流进行分析,为裂隙岩体渗流计算提供更为有效的模拟分析方法。裂隙系统可以分为主干裂隙和网络状裂隙两类。对于岩体主干裂隙中的水运动使用离散介质渗流模型加以描述,对于网络状裂隙则使用连续介质渗流模型加以描述,并依据水量和水头关系把两者耦合起来。给出了网络状裂隙的等效连续介质渗透系数计算方法和耦合模型中实现源与汇作用的方法。理论分析和实际应用结果表明,耦合模型既能刻画主干裂隙特殊的导水作用,又能体现网络状裂隙的贮水性质,同时便于工程应用。耦合渗流模型被应用到乌江构皮滩水利枢纽的岩体渗流分析中。     

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.     

一种裂隙岩体力学参数的评价方法及应用

针对裂隙岩体的力学参数选取问题，提出了一种两阶段评价方法.通过裂隙岩体力学参数的三维空间分布情况，评价其各向同性与各向异性状态，对两类情况采用不同的计算模型处理；采用Kolmogorov-Smirnov(K-S)检验法对力学参数的概率分布模型进行假设检验，对检验合格的试验数据分布进行置信区间选取，在给定的置信区间内获取计算参数.在某地下硐室工程中运用该方法进行了开挖模拟计算，计算位移与实测位移吻合较好.     

岩体中裂隙与力学参数的相互影响研究

结合统计理论,给出了裂纹开展的定向判据和统计判据,在裂纹沿局部空间等概率开展情况下,建立了岩体强度参数与其断裂之间的互推关系式.以工程为例,说明推导具有一定的工程参考价值.     

岩体裂隙网络渗流特性分析

岩体裂隙网络的渗流问题是水电工程设计及施工的难点,由于裂隙网络结构复杂,且裂隙节点间连接方式各异,目前对裂隙连接节点间水流特性的认识尚有不足.基于平行板立方定律,将裂隙渗流问题与模拟电路问题相类比,建立了等效过量压降损耗阻模型.针对串并联连接裂隙,结合所提出的模型,考虑支路次要裂隙对串并联裂隙整体渗流特性的影响,优化了串并联连接裂隙隙宽突变处过量水压损失分析方法.与多裂隙复合连接物理模型试验数据进行了对比,对比结果吻合度良好;定义雷诺数分配系数α,并分析了其在裂隙网络渗流过程中的作用.结合一个基于等效过量压降损耗阻模型的算例,考察了六棱柱柱状节理试样的渗透特性.     

岩体微震能量演化规律及渗透系数评估

基于大岗山水电站右岸边坡开挖过程中的微震监测数据,分析卸荷引起微震能量释放的时空规律,研究渗透系数增量的空间分布。结果表明:微震能量逐月累积等值线空间分布图可初步定量地识别和圈定边坡深部岩体损伤的区域及程度,微震能量沿软弱结构面易形成积聚带,并遵循能量的累积、释放和转移的规律。岩体因损伤而释放的微震能量与岩体渗透系数变化的趋势具有一致性。两卸荷裂隙带和断层外侧附近渗透系数改变量约为0.03~0.05 cm/s,而两卸荷裂隙带和断层之间的岩体的渗透系数约为0.04~0.097 cm/s。渗透系数的改变在软弱结构面交界处附近最为显著,表明在卸荷条件下,岩体的渗透特性受结构面的影响极大。利用开挖过程中岩体释放的微震能量,并结合开挖前边坡不同岩体的渗透系数,可对开挖后岩体的渗透系数进行评估。     

裂隙岩体中隧道变形破坏的节理有限元模拟计算

裂隙岩体是地下工程施工中经常遇到的一类岩体,研究其变形和破坏机理是工程安全施工的保证。以天平线关山隧道工程为例,采用基于修正Goodman单元的节理网络有限元法,将裂隙岩体看作由岩块和节理、裂隙组成的二元结构,其中岩块和节理、裂隙分别采用线性Mohr-Coulomb强度准则和非线性Barton-Bandis剪切强度准则。通过有限元软件Phase~2模拟分析了隧道开挖过程中裂隙岩体的变形破坏特点以及不同工况下隧道拱顶的沉降量,并讨论了Barton-Bandis准则中节理粗糙程度(J_(RC))的取值对围岩稳定性的影响。研究方法为裂隙岩体的数值计算提供了新手段,节理粗糙度(J_(RC))的反演结果能为支护设计和加固措施提供参考依据。     

循环荷载对单裂隙岩体疲劳损伤的影响

【目的】揭示单裂隙岩体在循环荷载作用下的疲劳损伤演化规律,研究更便于实际工程应用的损伤变量计算方法。【方法】通过开展基于声波测试的模型岩体疲劳试验研究,分析了不同循环次数比、不同单裂隙角度下试样的波速降低率、初始损伤及损伤变量的变化规律;提出不同角度单裂隙岩体的非线性疲劳累积损伤模型。【结果】随着裂隙角度的增加,模型试样的初始波速降低率及初始损伤呈非线性“S”形增大趋势;在循环荷载作用下单裂隙岩体波速降低率具有明显的三阶段衰减特征,初始衰减阶段、稳定衰减阶段及加速衰减阶段的疲劳寿命比例约为2∶7∶1;在循环次数比相同的情况下,岩体的疲劳累积损伤演化随裂隙角度的增大呈加速趋势,但在加速衰减阶段却呈减速趋势;单裂隙岩体疲劳寿命与裂隙角度的关系曲线呈“V”字形,在循环荷载作用下45°单裂隙岩体损伤变量增长最快,且在加速衰减阶段疲劳寿命占比最小,最易发生拉伸-压剪裂纹混合的“X”形裂纹破坏。【结论】在裂隙角度为30°～90°时,若在岩体疲劳破坏前用名义损伤替代实际总损伤,名义损伤偏大;若在疲劳破坏阶段用名义损伤替代实际总损伤,名义损伤偏小;当失稳比例因子一定时,失稳因子及收敛因子均随裂隙角度的...     

采空区岩体粗糙单裂隙中浆液扩散机理研究

以某采空区岩体粗糙裂隙为研究对象,基于有限元软件COMSOL Multiphysics构建了三维粗糙单裂隙注浆模型,分析岩体裂隙中的浆液流动规律,研究了不同的裂隙面粗糙度、开度、注浆压力、裂隙倾角及浆液黏度影响的浆液扩散机理。结果表明,裂隙面粗糙度影响浆液的扩散面轮廓,粗糙度越大,浆液扩散阻力越大,浆液扩散各向异性越强;注浆速率与开度为二次多项式关系,裂隙开度越大,注浆速率的损失越小;注浆压力对浆液扩散轮廓的影响较弱,但改变了浆液的扩散半径,且注浆压力与扩散半径为正相关、与注浆速率呈二次多项式关系,注浆压力越大,注浆速率的损耗越低;浆液黏度并不影响其扩散的各向异性,仅改变浆液扩散的范围。研究成果表明了采空区粗糙裂隙中的浆液扩散机理,为采空区注浆范围的预测及加固决策提供了理论支持。     

样本单元法及层状含裂隙岩体力学参数的确定

基于大量野外调查和室内研究,对层状岩体的岩性组合特征,软弱夹层、裂隙的分布规律以及岩体结构特征进行分析、研究、分区分类并建立相应的样本单元。提出了用数值分析方法模拟现场大型试验的“样本单元法”,根据岩块力学参数来获得含裂隙岩体的力学参数。     

岩石单裂隙渗流-传热模型及其参数敏感性分析

针对岩石单裂隙渗流-传热问题,在传热几何简化模型的基础上,借鉴非稳态平面热源法建立岩石单裂隙在瞬态下的传热数学模型,由此计算任意时刻裂隙岩石的温度分布。同时,对裂隙岩石的传热影响因素进行研究。结果表明:渗透作用下岩石温度场受裂隙水流速度、隙宽、水流与岩石初始温度差等综合作用的影响。在一定范围内对这3个参数进行敏感性分析,得出岩石温度场对裂隙水流速度、水流与岩石初始温度差的敏感度较大,而对隙宽敏感度较小的结论。     

基于GSI的裂隙化岩体力学参数的确定

裂隙化矿岩体的力学强度特征和参数,主要受到岩块力学参数和岩体的节理裂隙参数的影响。为确定井下开采裂隙化矿岩体的力学强度参数,引入节理间距和节理面粗糙度系数(JRC)对地质强度指标(GSI)系统进行定量化的分级和参数取值,建立了定量化的GSI评价体系,综合采矿活动的影响因子,实现了裂隙化岩体力学强度参数的计算。以锌铜矿体的裂隙化矿岩体结构为研究对象,在进行的岩体工程地质调查基础上,取得了上下盘围岩的节理裂隙间距和节理结构面粗糙度系数,定量确定了上下盘围岩的裂隙化岩体强度力学参数。研究结果表明,运用定量化的GSI方法,可以实现裂隙矿岩体结构强度参数的确定,得到了锌铜矿体的上盘和下盘围岩的强度特征参数,其弹性模量分别为5.749 GPa和4.483 GPa,内聚力分别为3.126 MPa和2.772 MPa,内摩擦角分别为24.56°和23.08°。这些力学强度参数指标为裂隙矿岩体的采矿工程设计提供了基础参数。     

裂隙岩体注浆结石体收缩变形与抗剪强度

为了提高裂隙岩体的力学性能,保证工程的质量和安全,采用水玻璃-水泥混合注浆液对裂隙岩体进行加固。通过直剪试验、显微镜实时观测试验,研究注浆结石体的强度与变形特性,以此评价水玻璃-水泥混合液作为注浆材料的可行性。试验结果表明,水玻璃-水泥混合注浆液有效的提高了裂隙岩体的力学性能。水玻璃-水泥注浆溶液不但改变了裂隙岩体的微结构、裂隙率和岩体的物质组成成分,使岩体的致密度和强度增加;而且注浆溶液在岩体结构面中凝固后对结构面进行填充加固,有效的提高了注浆结石体的黏聚力c,增强了注浆结石体抵抗外力破坏的能力。裂隙率对注浆结石体的强度影响显著,随裂隙岩体裂隙率的增加,注浆结石体(裂隙岩体与注浆材料经过物理化学变化后形成的结合体)的抗剪强度减小;在裂隙率相差不大时,裂隙岩体的裂隙条数对注浆结石体的抗剪强度有重大影响,随着裂隙条数的增加,注浆结石体的抗剪强度减小。在注浆结石体抗剪强度减少过程中,注浆结石体的黏聚力c不断减小,内摩擦角φ基本保持不变。注浆结石体在第12 d时达到最佳抗剪强度,而水玻璃-水泥质量比为1.3∶1注浆液工程性能最为理想,期最佳抗剪强度为6.243 MPa。     

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。