裂隙岩体离散裂隙网络介质模型研究

岩体经过长期地质作用过程,通常会在岩体内部产生大量各种尺度的裂隙,其水力学性质即使是在单一岩性岩层中也是高度非均质性的.如何合理地表征这种非均质性是模拟裂隙岩体渗流的主要困难,本文将引入裂隙岩体离散裂隙网络介质模型展开详细的研究和探讨.     

裂隙岩体宏观力学参数确定方法研究

以某水电站溢洪道高边坡为研究对象,运用数值模拟等效计算法和质量评价系统GSI法对其中一个典型剖面裂隙岩体进行计算分析.结果表明,利用上述2种方法计算得到的结果略有区别,其原因在于地质评价系统GSI法的运用与评判人员的主观评判角度有关,这使得利用该方法计算得到的结果具有一定随机性,而数值模拟等效计算法是基于完整岩块和结构面初始试验数据进行区域划分并建立数值模型,据此得到的计算结果更加合理可靠.     

裂隙岩体洞室开挖力学特性研究

在裂隙岩体中进行洞室开挖,由于开挖卸荷,引起明显的应力重分布,二次应力场在其切向主要表现为加载,而径向表现为卸载,造成洞周围岩力学特性发生改变.本文将结合一个具体实例建立裂隙岩体地下洞室围岩几何模型,讨论由于洞室开挖的卸荷作用而导致围岩力学特性的改变,为研究裂隙岩体的渗流应力耦合提供理论基础.     

裂隙岩体渗流场与应力场耦合分析方法

 从工程观点出发,忽略不计完整岩块的渗透系数,借助于层面缝隙流运动规律(立方定律)和变分基本原理,建立了三维裂隙岩体渗流场和应力场耦合模型。并推出了耦合的有限元支配方程,提出了运用同一套单元网络对两场进行区域离散的观点。以重力坝坝基渗流场与应力场耦合计算为例,验证了模型的可行性。     

波在局部损伤混凝土介质中的传播

对弹性波在损伤介质中的传播理论进行研究 .利用弹性动力学基本原理和损伤力学模型建立了损伤介质中的波动方程 .求得了波动方程的基本解 ,并进行了实例计算分析 .由于损伤的存在 ,结构的波动响应在波形、波幅、传播时间等各方面都产生了明显的变化 .为进一步的波动反分析和无损检测的研究提供依据     

裂隙对非贯通裂隙介质强度与变形特性影响的研究

采用类岩石材料水泥砂浆,制作成含有不同裂隙倾角和不同裂隙数目的非贯通裂隙模型试样,在岩石三轴、剪切复合机上进行单轴压缩试验研究,分析非贯通裂隙试件在单轴压缩条件下的破坏方式、变形和强度特性,并建立了其与非贯通裂隙倾角和裂隙数目的关系;加载的同时利用超声波检测仪进行声波测试,分析了其内部裂纹的扩展情况。试验结果表明,裂隙的存在使试件强度显著降低;试件中有无裂隙对其强度的影响明显大于裂隙角度的影响;试件强度一般随裂隙数量的增加而降低,但也与裂隙的位置有关;裂隙角度对强度的影响有随裂隙数量增加而减小的趋势。     

裂隙岩体渗流补给特性及边坡稳定对策研究

“岩土二元结构体”边坡失稳现象由于其物质组成、形成年代、地质结构等方面的特点,与其他岩土边坡失稳有不同的表现.为探讨降雨诱发“岩土二元结构体”边坡失稳的机理及保证边坡稳定的对策,采用自记雨量计、时域反射仪（TDR）、翻斗式自记流量测定仪对“岩土二元结构”小流域的降雨特性、坡地岩土水分的动态变化以及裂隙岩体渗流的动态过程进行了测定分析.结果表明,降雨特性、坡地岩土前期水分含量以及坡地的地质结构特性是影响降雨入渗补给渗流及降雨诱发边坡失稳的重要因素;在强降雨条件下,距坡地表层50cm深度的土壤层与岩体层结合部位存在暂时饱和区,该饱和区通过对滑动面的浸泡软化,可以促使滑坡体的滑动;降雨入渗补给裂隙岩体渗流在坡面尺度上存在“优先流”现象,这主要是由于太行山区坡面尺度介质的非均匀性与空间变异性所造成的,同时,暂时饱和区的形成也起了重要的促进作用,这有利于区域地下水资源的形成,但也为诱发边坡失稳提供了条件;可以通过渗流集蓄技术降低暂时饱和区内的水分含量及裂隙网络中的侧向水压力,从而保证边坡的稳定.      

非贯通节理岩体多层结构模型研究Ⅱ——模型验证与参数分析

依据非贯通节理岩体多层结构模型,通过ABAQUS的用户材料子程序UMAT建立了基于ABAQUS平台的数值计算模型。为验证模型的合理性与有效性,将非贯通节理岩体退化模型与Zienk-iewicz节理岩体模型进行了对比并进行了参数分析。结果表明,两者基本符合,Zienkiewicz节理岩体模型可以认为是多层结构模型的特例;对于非贯通节理岩体,其性状受优势节理控制,在优势节理贯通后次级节理出现滑移与开裂;节理剪胀角、初始连通率及间距等参数对岩体变形有重要影响。随着剪胀角增加,裂纹应变减小,开裂区域增大;随着连通率增加,开裂区域由全局带状转为局部块状;当节理间距增大时,由一条滑带转化为多条滑带。     

层状岩体各向异性弹塑性本构模型的数值实现

层状岩体具有明显的各向异性变形和强度特性,与均质岩体相比其稳定性及破坏条件表现的极为复杂,因而岩体的各向异性本构关系成为重要的研究课题。在研究层状岩体各向异性等效弹性参数及ABAQUS自带节理材料模型基础上,结合层状岩体弹性参数的各向异性研究,采用FORTRAN语言编制了本构子程序,使层状岩体各向异性弹塑性模型得以数值实现。以某岩质边坡为数值算例,采用多种工况对比分析,验证了层状岩体各向异性弹塑性数值模型的可靠性,从而为实际工程中研究层状岩体的各向异性特征提供数值计算基础。     

柳林泉区裂隙水流的数值模拟与分析

本文根据实测资料,应用模糊聚类思想,对柳林泉区裂隙的发育规律进行了概化与分析,获得了能反映当地渗流特征的主渗透系数。在此基础上,建立了柳林泉区两组相交裂隙系统情况下的数值模型,并对该模型进行了检验。结果表明:本文参数、模型可靠,可用于分析当地地下水运移的规律。最后,应用该模型对当地地下水流动态进行了预报。分析预报结果可知:随着地下水的逐步开采,当地会出现局部的地下水降落漏斗,为避免环境的恶化,应加强地下水水资源的管理。     

不同类型土壤裂隙特征研究

针对我国有代表性的4种土壤,在室内测定土壤基本性质和水分特征曲线的基础上,模拟土壤风干开裂的变化,结合图像处理技术,系统研究4种不同性质土壤的持水能力、收缩能力、裂隙形成。研究表明：4种土壤的裂隙面积密度在5.45%～12.33%,线性伸展系数在0.034～0.090,壤土的土壤裂隙面积密度和线性伸展系数均明显高于其他3种土壤,且土壤裂隙面积密度和线性伸展系数之间呈显著的正相关关系。     

含水裂隙岩体抗剪断试验单点法试验研究

本文作者在室内试验研究的基础上,将“岩体抗剪断试验单点法”应用于万家沟水库技术设计阶段,对石英片岩裂隙岩体在饱水条件下的抗剪断强度特性进行较为深入的研究,取得了进展.本文为现场试验研究报告摘选。     

电磁波在组合介质中传播的二维数值计算

利用时域有限差分法（FDTD）对电磁波在大气等离子体、吸波材料和金属层组合介质中传播进行二维的数值模拟。讨论了电磁波的入射角与极化模式之间的关系以及其对反射率的影响,分析了等离子体电子密度分布、等离子体层和吸波层厚度等几个重要参数对组合材料衰减特性的影响,为提高组合材料对电磁波的衰减性能提供了理论依据。     

单一层状岩体和软硬复合岩体单轴压缩破损特征试验研究

针对层状岩体的破损特征开展了一系列的物理模拟试验,分析了单一层状岩体和软硬复合岩体在单轴压缩情况下的破损特征,并对倾角、夹层的变化对岩体破损的影响规律进行了研究。试验结果表明,当岩层倾角较小时,单一层状岩体和软硬复合岩体破坏主要为岩石先破坏,后层间错动破坏,破损模式与无分层的岩石破损相似;当倾角增大时,单一层状岩体的破损以层间的剪切破坏为主,而软硬复合岩体的破坏同时伴有内部硬夹层的劈裂破坏;当角度增大到90。时,单一层状岩体的破坏为沿层间直接破坏,软硬复合岩体则同时伴有边缘硬质夹层的失稳劈裂。[     

应力波在落叶松活立木中传播二维模拟研究

近年来应力波技术用于活立木材质无损检测与评价的研究,受到了广泛的关注。主要研究集中在应力波在活立木中传播速度的测量,即通过应力波波速预测活立木木材质量。目前对应力波在活立木中的传播形式,还缺乏了解。通过二维数值模拟研究应力波在活立木中的传播形式,并将模拟结果与野外测量实验结果对比。树干被看作是正交各向异性圆柱体,应力波沿与树干成45°方向导入,利用COMSOL Multiphysics软件对应力波在树干中传播波阵面进行了模拟计算。模拟计算结果与野外实验结果有很好的一致性,应力波传播波阵面在开始阶段为倾斜曲线,都弯向脉冲力输入点;随着距离的增大,波阵面倾斜度逐渐减小,直至最后与原木长度方向近似垂直。     

规则波和不规则波在刚性植物区波能衰减的试验研究

为深入了解湿地植物对近岸波浪的耗散作用,通过物理模型方法,对规则波和不规则波越过岸坡前刚性植被水域的波能衰减进行了试验研究。结果表明:当波浪通过植物区时,有效波高在植物区内逐渐衰减,规则波和不规则波波高消减率分别为29.8%和31.4%;在植物分布密度、波浪周期等参数相同的情况下,刚性植物高度为40 cm,有效波高为8、6、4 cm时,不规则波衰减率分别为41.3%、37.3%和31.3%,规则波有效波高衰减率分别为35%、30.8%和26.1%,无论是规则波还是不规则波,可见入射波浪的波高越大,消波作用越明显;刚性植被高度为40、20 cm植物区的波高(6 cm)衰减率分别为32.3%和21.0%,植物高度越大,波能消减作用效果越好,同样的参数条件,波高h=30 cm的波高衰减率为14.6%,h=40 cm的波高衰减率为9.9%,水深为30 cm时的消波作用优于水深为40 cm时的消波作用,随着水深的增加消波效果降低。本研究结果对于湿地刚性植物与波浪间的相互作用研究提供了参考依据。     

规则波和不规则波在刚性植物区波能衰减的试验研究

为深入了解湿地植物对近岸波浪的耗散作用,通过物理模型方法,对规则波和不规则波越过岸坡前刚性植被水域的波能衰减进行了试验研究。结果表明:当波浪通过植物区时,有效波高在植物区内逐渐衰减,规则波和不规则波波高消减率分别为29.8%和31.4%;在植物分布密度、波浪周期等参数相同的情况下,刚性植物高度为40 cm,有效波高为8、6、4 cm时,不规则波衰减率分别为41.3%、37.3%和31.3%,规则波有效波高衰减率分别为35%、30.8%和26.1%,无论是规则波还是不规则波,可见入射波浪的波高越大,消波作用越明显;刚性植被高度为40、20 cm植物区的波高(6 cm)衰减率分别为32.3%和21.0%,植物高度越大,波能消减作用效果越好,同样的参数条件,波高h=30 cm的波高衰减率为14.6%,h=40 cm的波高衰减率为9.9%,水深为30 cm时的消波作用优于水深为40 cm时的消波作用,随着水深的增加消波效果降低。本研究结果对于湿地刚性植物与波浪间的相互作用研究提供了参考依据。     

4种TVD格式对调压室水击波的数值模拟

【目的】分析比较4种不同构造形式TVD格式在捕捉水击波时耗散性和压制性数值性能的差异,为带调压室水电站压力管道水击波过程模拟提供参考。【方法】采用具有代表性的Harten TVD格式、Sweby TVD格式、TVD-MacCormark格式以及全离散TVD格式求解水击控制方程,结合给定的调压室系统水击模型边界条件,对某工程实例进行计算,并对数值模拟结果与试验数据进行分析。【结果】TVD格式可模拟调压室系统水击波的变化过程,最大水击压力与试验数据相对误差不超过1%,且间断处能够有效地捕捉激波振荡;对比4种格式计算结果,在水击波上升和振荡过程中,Harten TVD格式的计算结果与实测数据吻合最好。【结论】TVD格式计算精度较高,是模拟调压室水击现象行之有效的方法之一。