裂隙网络渗流理论的软硬互层状岩体渗流分析

为研究软硬互层状岩体的渗透规律,根据层状岩体中的裂隙发育规律,把互层状岩体简化为由层面裂隙和构造裂隙组成的离散裂隙介质,建立了互层状岩体渗流离散裂隙网络模型,并根据裂隙交叉处的流量守恒原理求解其渗流场。通过一个算例验证了模型的合理性,并讨论了切层裂隙开度对垂直方向渗流的影响,得到了互层状岩体渗透场的分布特点。     

二维岩体裂隙网络有压渗流数值模拟分析

根据裂隙岩体的渗流机理对岩体裂隙网络中的渗流进行了合理简化和假设,以渗流立方定理、质量守恒定理和水流不可压缩假设为基础建立了裂隙网络的有压渗流模型,用改进DDA算法得到了裂隙几何信息,并用PCG算法和可视化编程技术开发了相应的计算程序.通过与Grenoble试验对比,验证了程序的合理性.对DECOVALEX项目的二维BMT模型进行了初步渗流计算,获得了均匀和非均匀裂隙条件下不同的渗流规律.该结果为研究岩石裂隙网络的应力-渗流耦合效应奠定了基础.     

层状裂隙岩体有自由面的渗流分析

针对互层状裂隙岩体中的渗流问题,总结了互层状裂隙岩体中的层面裂隙和构造裂隙发育规律,提出了一种互层状岩体中裂隙网络生成方法并基于双重介质饱和一非饱和渗流模型分析了软岩中存在和不存在切层裂隙两种情况下自由面渗流问题,讨论了层面裂隙、层问裂隙和切层裂隙隙宽对自由面的影响.结果表明,在互层状裂隙岩体有自由面渗流中可能出现多层自由面的现象,取决于层间、切层及层面裂隙隙宽的组合.     

基于SEM图像处理的岩体细观微裂隙三维重建模拟分析

鉴于岩体细观微裂隙的三维重建是研究细观尺度下岩体力学特性和渗透性的有效方法,利用扫描电镜（SEM）观察到了岩体细观结构SEM图像,获取了岩体细观裂隙几何参数并进行了统计分析,归纳总结了微裂隙二维几何参数及其概率分布规律,并基于Monte-Carlo随机模拟方法,利用Matlab软件中的GUI程序来进行岩体细观微裂隙三维重建,获得了岩体细观微裂隙三维重建效果图,通过与实际SEM图像微裂隙间距参数对比,验证了该模型的合理性。     

河谷下切对危岩体卸荷带裂缝发育的影响

在建的金沙水电站所在地区工程地质条件复杂,经现场调查发现电站坝址区及近坝库段上游右岸的花石崖危岩体区存在有多条裂隙,裂隙发育严重危及工程安全。为此,根据危岩体边坡的地质构造和后期的地质作用,采用三维有限元数值方法建立数值模型,分期次对花石崖段河谷下切过程进行模拟,分析了河谷演化过程中河谷应力场的变化规律及卸荷特性。结果表明,下切卸荷过程中拉应力的增大形成了初始裂隙,切应力的存在导致裂隙产生错动并进一步延伸,应力集中导致河谷下切过程中应力场的不断调整,下切过程有继续开展的趋势,计算结果与裂隙位置基本吻合,表明分析方法合理、可行。     

DDA中裂隙岩体渗流网络识别方法的改进及应用

裂隙网络是岩体渗流的主要通道,对其进行准确高效的识别是实现基于DDA的渗流应力耦合方法的重要步骤。通过建立环块体裂隙排列数组,以裂隙为搜索路径,提出更简单、效率更高的节点识别方法;同时提出外边界、边界节点及外边界角点的识别方法,构建出包括以上要素的完整裂隙网络,使外水压力荷载能有效施加在块体系统上,扩展DDA裂隙网络识别方法的适用性。将此方法应用于基于DDA的渗流应力耦合模型,并结合算例进行考虑渗流应力耦合的数值计算。结果表明,该方法可准确识别出复杂裂隙网络,可结合基于DDA的渗流应力耦合程序完成模拟计算。研究成果为裂隙岩体在渗流状态下的失稳判断提供了依据。     

多场耦合条件下岩体裂隙流动特性分析

在岩体渗流场-应力场耦合作用下,裂隙流被处理成粗糙壁面狭窄流道中的Poiseuille 流,岩面粗糙度及缝内充填物对流动的影响用裂缝的几何分形特征表述,建立了相应的耦合流动控制方程.以某工程裂隙为算例,使用基于有限元法的分离迭代格式计算了裂隙流在岩体渗流场、应力场耦合作用下的流动特性,得到了裂隙几何分形特征与裂隙流量、流动与岩体应力及裂隙宽度的数值关系.     

裂隙岩体平面非稳定渗流模型

以单条平直裂隙中的水流运动规律为基础,构建二维裂隙网络非稳定渗流模型。利用算例在多种工况下的计算结果绘制岩体内部渗流水头等值线,并对不同工况下的渗流水头等值线进行合理比较,以获得水库水位变化与坝址岩体渗流场之间的关系以及水位变化后岩体内部水头与边界水头之间的关系。     

裂隙岩体边坡稳定性评价的SVM-Monte Carlo法

针对现有边坡稳定性评价方法的不足,采用节理密度、节理中心点、节理倾角和节理迹长四个参数来定量刻画随机节理构造,通过产生服从特定概率分布的随机数来描述节理构造的随机性,提出了裂隙岩体边坡稳定性评价的SVM-Monte Carlo法,并通过某边坡实例进行验证。算例结果表明,该方法既能较好地模拟岩体边坡节理构造几何参数随机性的特点,也考虑了岩体边坡强度参数的变异性,结果更加符合实际情况,为含随机节理构造的边坡稳定性评价提供了新方法。     

裂隙连通性对岩体渗流场的影响分析

基于渗流理论,探讨了岩体裂隙的连通性概念,并推导了求解连通系数的解析式,依据裂隙几何特性的统计规律,应用Monte-Carlo法随机产生裂隙网络,结合数值法和连通系数的解析式,模拟了岩体裂隙网络的水流特性.算例结果表明,裂隙的连通性对岩体水流具有较大影响.     

Unsteady seepage solutions for hydraulic fracturing around vertical wellbores in hydrocarbon reservoirs

This paper establishes an analytical model to study the influence mechanism of hydraulic fracturing around vertical wellbores under the unsteady seepage in hydrocarbon reservoirs, deduces the analytical solution of water pressure and hydraulic gradient of the model, and compares the law of water pressure and hydraulic gradient changing with time with the results of numerical simulation. The results confirm the accuracy of these analytical solutions. The variation laws of water pressure and hydraulic gradient in the sample under unsteady seepage are analysed by using the COMSOL Multiphysics software. The results show that: the increasing rate and amplitude of water pressure decrease with the distance of water inlet, however, hydraulic gradient near the water inlet is the largest and decreasing with the distance. In order to better understand the mechanism of hydraulic fracturing of rock mass, we studied the influence of permeability and water injection pressure on water pressure and hydraulic gradient of rock mass. The results show that: large permeability coefficient and high hydraulic gradient will increase the probability of rock mass hydraulic fracturing. The permeability and hydraulic gradient of rock mass is important factor in determining whether the rock has hydraulic fracturing. The distribution law of water pressure and hydraulic gradient in rock mass under unsteady seepage provides important reference and basis in hydrogen developing reservoirs.     

基于渗透张量的裂隙渗流有限元计算中反常水头现象初探

针对利用等效连续导水介质模型研究岩体裂隙渗流问题时,有限元计算部分结果出现的水头反常现象,经多因素分析,认为渗透张量与渗流区域边界形状之间存在着相互协调的条件,当这种条件被超越时,就会使计算结果出现水头反常现象。     

变开度的岩体裂隙网络非稳定渗流数值分析

根据裂隙的几何特性所服从的分布特征,利用Monte-Carlo方法模拟岩体裂隙网络分布以及裂隙张开度.基于裂隙岩体网络非稳定渗流数学模型,编制程序并通过工程算例进行分析比较.结果表明：运用Monte-Carlo方法模拟岩体裂隙网络分布状况是比较好的方法;变开度时岩体裂隙渗流有明显的偏流效应现象,裂隙变开度时其滞后效应比等开度时更加明显;在变开度条件下,当上下游水头差较大时,水头分布变化受张开度的影响较大,不宜忽略,当上下游水头差较小时,影响非常小可以忽略.     

库水位升降条件下邻近坝址区堆积体边坡稳定性分析

针对某水电站蓄水后对坝址上游右岸堆积体边坡稳定性影响的问题,根据非饱和土体瞬态有限元渗流控制方程构建了堆积体边坡二维计算模型,再利用GeoStudio软件中的SEEP模块计算了不同库水位升降速率、不同边坡渗透系数条件下边坡内的渗流场分布规律,再采用摩根斯坦—普莱斯极限平衡法计算各瞬态渗流场下最危险滑带的安全系数。结果表明,不同库水位上升速率及渗透系数时随库水位的上升边坡安全系数增大,不同库水位下降速率及渗透系数时随库水位的下降边坡安全系数减小。     

库水位降落作用下均质土石坝渗流场及坝坡稳定性分析

为研究某水库均质土石坝库水位降落作用下均质土石坝瞬态流场特性及其对坝坡稳定性的影响,基于饱和-非饱和非稳定渗流理论及极限平衡法,应用GeoStudio有限元分析软件中的SEEP/W及SLOPE/W模块进行库水位降落作用下的瞬态渗流场及稳定性数值模拟分析,探讨了不同速率库水位降落作用下的坝体内部渗流场及坝坡稳定性变化规律。结果表明,考虑非饱和渗流时,在库水位降落作用下,坝体浸润线变化滞后于库水位降落,且库水位降落速率越大,滞后现象越严重,上游坝坡内部形成倒流现象,产生指向坝坡外部的渗透压力;库水位降落作用下,坝坡稳定性呈现"降低—回升—平缓"的变化趋势,库水位降落速率越大,坝坡稳定性系数最小值越低,对坝坡稳定性越不利。研究结果可为土石坝边坡稳定性评价提供参考。     

两河口水电站泄洪出口边坡渗流及稳定性计算分析

在分析两河口水电站泄洪洞出水口边坡工程地质条件的基础上,研究了边坡岩体的渗透特性,结合雾化降雨试验资料、采用饱和非饱和渗流有限元方法计算并分析了边坡雾化雨条件下渗流场的变化规律,同时引用非饱和强度理论并运用Sarma极限平衡方法分析了雾化雨对边坡稳定性的影响,所获得结论可为正确评价边坡岩体的稳定性、合理可行的工程控渗及边坡加固措施提供依据。     

基于遗传神经网络的坝区初始渗流场反分析

为尝试采用遗传神经网络法解决无渗漏量资料的多目标渗流反分析问题,根据遗传神经网络的非线性映射特性,提出了基于遗传神经网络的初始渗流场反演方法,采用正交设计法设计渗流场参数样本,通过有限元分析获得钻孔水位样本,并利用遗传神经网络学习钻孔水位与渗流场各参数的非线性关系得到各参数的反演值。以卡拉水电站右岸坝区为例,反演了岩体和结构面的渗透系数和右岸边界水头,验证表明该方法在渗流场反演中具有较高的精度。     

金佛山混凝土面板坝二维渗流计算分析

针对渗透水流对土石坝坝体、坝基的渗透破坏危害性极大问题,以金佛山水电站混凝土面板堆石坝为例,根据地质条件和渗流控制特点建立平面二维有限元计算模型,模拟了坝体在不同水位组合条件下的渗流场,研究了渗透破坏的可能性,并分析了防渗帷幕及坝基渗透系数的敏感性。计算结果表明,各种水位组合下混凝土面板及防渗帷幕起主要阻水作用,水力比降大,渗流场分布对防渗帷幕及坝基渗透系数不敏感,渗流流量相对敏感,为坝坡安全性和渗流稳定性评估提供了依据。     

基于热流耦合方法的岩体内渗水水温变化过程模拟

鉴于正确判断出水原因及渗水来源是制定防渗加固措施的重要依据,将热流耦合方法引入到岩体裂隙渗水计算中,分析渗水来源、渗水量、渗漏路径及岩体温度等对渗水温度的影响程度。结合某实际工程导流洞首次过流时在附近出现的10个渗水点,应用该方法模拟由导流洞到出水点的渗水过程。结果表明,6个出水点的温度仿真结果与实测水温接近,佐证了渗水来自导流洞的推断;2个距导流洞较近的出水点仿真温度偏高,极有可能是真实的渗漏路径较长所致;另有2个位置较远的点仿真温度偏低,初步推测可能受周边温度较低的地下水影响。这说明热流耦合方法可应用于模拟岩体裂隙中渗水水温变化过程,为初步判断岩体内渗水来源提供了依据。