某水电站坝址区水文地质条件与水动力场研究

裂隙岩体渗流作为一个重要的科学研究和工程应用问题,近几十年来得到了国内外学者广泛的关注和持续的研究。裂隙岩体研究的难点和热点是渗透系数的求取和渗流模型的选取。以某水电站工程为例,采用压水试验法确定了坝址区岩体的渗透系数,应用等效连续介质数值模拟方法对坝址区地下水渗流场进行了模拟计算。     

层状坝基岩体的渗流机理及其深层抗滑稳定分析

提出了对层状坝基岩体的渗流可按非连续介质模型进行分析的结论，建立了对层状坝基岩体的深层抗滑稳定进行渗流场与应力场耦合分析的数学模型及其数值方法。结果表明，所建立的模型和方法，具有对层状坝基岩体渗流的考虑更为合理，分析计算的结果更为准确等特点，对类似工程实际问题的解决具有较好的应用和参考价值。     

低渗透各向异性裂隙岩体渗透性探讨

针对低渗透性裂隙岩体介质的各向异性特征,考虑并简要分析了实验室法、现场测试法、裂隙采样测量法和反演法确定裂隙岩体渗透张量的优缺点,提出了用现场测试修正裂隙采样测量裂隙岩体渗透张量的方法。获得了既能较好反映裂隙岩体渗透特性的各向异性又能消除压水试验尺寸效应影响的修正渗透张量,从而使裂隙岩体的渗透性能得到真实的量化。将这种确定渗透张量的方法应用于黄河上游某水电站坝址区岩体渗透性计算中,应用结果表明,该方法能较好地反映坝址区的裂隙岩体的低渗透性及其各向异性特征,可为岩体渗透性分区及防渗帷幕的优化提供科学的参考依据。     

多空隙组合介质隧道渗透物理模型试验

跃龙门隧道工程施工期出现严重的涌突水问题,不仅制约隧道开挖安全,而且会因地下水位降低而触发该区植被生态健康问题。结合该隧道的水文地质条件,并基于相似模型原理,选用普通砖钻孔填砂模拟具有多空隙组合特征的岩体,设计研制了隧道渗透物理模型。物理模型考虑了岩体主要裂隙倾角分别为0°和60°两种情况。对两个倾角8种工况进行了渗透试验,测试分析表明:(1)主要裂隙方向会对渗流产生较大的影响,当倾角与水流方向夹角较小时涌水现象较为突出;(2)隧道正上方的地下水位下降最快,离隧道轴线越远的水位下降越慢,稳定渗流时的水位也越高,连接相同高程测点在同一时刻的水位形成的水面线均呈现降落漏斗形状;(3)试验获得的稳定渗流时间与原型观测结果一致;(4)模型影响范围与数值计算隧道开挖影响范围较为接近。     

长距离调水工程渠道裂隙岩质边坡渗流模拟

长距离调水工程选址时不可避免地经过裂隙发育地层，地层中裂隙对边坡渗流场有着重要影响，可能诱发渠道产生渗透破坏。以胶东调水工程莱州段部分渠段为研究对象，以实测裂隙分布情况为样本，基于蒙特卡洛法生成随机分布的裂隙网络，采用COMSOL有限元数值计算软件分别基于孔隙模型和裂隙模型开展不同降雨条件下渠道裂隙岩质边坡渗流分析。结果表明，裂隙模型的湿润峰运移速度比孔隙模型快，孔隙水易提前与地下水接触，造成边坡位置地下水位上涨；相同降雨强度、地下水位条件下，裂隙模型的渠道坡脚处水头值较孔隙模型的大，更易造成渠道衬砌板破坏；相同降雨条件下，裂隙的存在使得衬砌板的破坏时间提前，还会扩大破坏范围，降雨强度越大，破坏面积越大。     

基于裂隙网络有限元的地下洞室围岩位移反演分析

以某水电站地下洞室围岩局部失稳现象为研究案例,考虑围岩裂隙结构面的随机性和统计分布特征建立二维裂隙网络有限元模型,通过裂隙参数的抽样检查以及进行洞室开挖模拟试算,验证了生成裂隙网络与实际岩体结构的一致性以及裂隙结构面相关力学参数取值的合理性。进一步采用正交设计与神经网络算法形成基于裂隙网络有限元的位移反演分析方法,基于反演力学参数的正向计算结果与施工期地质调查及围岩稳定评价基本相符,可以反映裂隙围岩主要变形特征与失稳机制,并为裂隙结构面力学参数的获取提供了新的研究思路。     

裂隙岩体渗流对边坡稳定影响耦合分析

裂隙中的渗流是岩石边坡失稳的重要因素之一, 根据工程实践,提出了利用三维数值模拟的耦合模型并利用强度折减法来计算复杂边坡的安全系数和应力、应变分布.分析表明,计算结果与实地调查相吻合.     

基于压水试验的裂隙岩体渗透特性分析

岩体自重应力、风化裂隙、岩性以及胶结充填等诸多因素往往同时控制裂隙岩体渗透性的空间分布。为了得到坝基岩体透水率的可靠资料，基于钻孔压水试验结果和岩体岩性的比较分析，获得了压水试验过程中岩体透水率Lu值和P-Q曲线的变化规律，并分析了不同自重应力以及岩性等因素对裂隙岩体渗透性的影响。     

美姑河坪头水电站深部白云岩岩溶砂化岩体质量分级

美姑河坪头水电站深部发育白云岩岩溶砂化现象,地下硐室围岩岩体质量降低。以岩体完整程度、岩体结构特征、结构面状态的统计分析为基础,对白云岩岩溶砂化进行宏观分级及定性分析了岩溶砂化对岩体质量分级的影响。以引水隧洞为例,结合岩溶沙化区岩体结构特征对水电围岩岩体质量分级方法进行修正,提出以"岩溶砂化发育程度修正系数"为核心的围岩岩体质量分级模型。该模型评价结果与5号支洞、压力管道中平段施工支洞、蝶阀室交通洞、上室交通洞等现场施工实际揭示情况吻合度较高,适用性较好,可为地下硐室支护设计与施工提供基础依据。     

潜水非稳定渗流边界条件处理方法研究

针对潜水非稳定渗流的边界问题,以河间地块模型为例,研究不同边界位置条件下各时刻地下水渗流过程。结果表明,渗流场在未波及到假定的最小边界时,不同河流间距下地下水渗流过程相同;渗流场波及到边界时,相同地段累积差存在不为0的值,地下水渗流过程不完全相同。并结合研究区存在一个未知边界时况,将其应用于实际工程中。     

农田干缩裂隙形态特征及其裂隙率预测模型研究

农田干燥收缩产生的裂隙影响土壤水力-物理结构特征,并为农田灌溉水或污染物运移产生优先通道。为揭示农田裂隙形态和基质收缩等演化特征,并对土壤裂隙率进行预测,基于室内土壤收缩及裂隙发育模拟试验,采用图像处理及形态学算法分析了裂隙几何特征,选取非侵入性局部收缩分析方法量化基质域收缩特性;根据脱湿过程中土壤孔隙由基质域向沉降域和裂隙域中的转换机理,结合收缩特征曲线VG-PENG模型、收缩几何因子Logistic函数2个子模型,提出土壤裂隙率预测模型,并对不同厚度土壤试样的裂隙率进行验证。结果表明,厚度在土壤开裂过程中对裂隙形态影响显著,表现为随着土壤厚度加大,土壤表面大裂隙宽度总体加大,且裂隙骨架密度减小,土壤收缩开裂进程放缓;土壤在干燥过程中,基质收缩呈现非均匀特征,并向块区型芯聚集,裂隙边壁区域呈现出局部集中变形区,且收缩量随土壤厚度增加而增大。裂隙率预测模型结合土壤收缩非均匀性特征,从土壤物理角度预测了裂隙率关于含水率的演化过程,有效模拟了裂隙率随含水率演化规律(模型决定系数R²>0.91)。模型弥补了以往裂隙模型未考虑收缩各向异性的不足,可为裂隙流模型构建及...     

土石坝破坏及防治的研究进展

渗流破坏是土石坝常见的破坏形式之一。自20世纪初以来,许多学者对渗流破坏的机理进行了研究。以往的大部分研究都是在确定临界水力梯度的基础上,以确定渗流破坏的发生。然而,很少有人花在建立模型上。事实上,有关破坏发展的信息在评估灾害后果、准备应急措施和减轻财产损失方面具有极其重要的意义。因此,有必要对土石坝渗流破坏的破坏机理和发展过程进行进一步的研究,提出实际的数值模型和方法。     

群井开采条件下承压含水层渗流动态模拟

根据有限差分方法 ,编制了承压含水层渗流模拟软件。对某水源地在群井开采情况下地下水渗流动态进行数值模拟。模拟结果显示 ,位于高渗区的井 ,压降漏斗较其它井大 ,压力下降快。当地层中存在裂隙时 ,平行裂隙方向压力下降比垂直裂隙方向要快得多。抽水初期 ,地层压力下降很快 ,以后 ,压力下降逐渐变缓 ,位于低渗透区的井逐渐不能满足流量要求。因此做好地下水资源规划十分重要     

破碎花岗岩非达西渗流的试验研究

为研究破碎岩体的渗流特性和非达西流的判别准则,利用Triaxial Cell三轴试验系统将3组饱和完整花岗岩进行破碎,获取破碎岩体,开展不同围压条件下高水力梯度的渗流试验。试验结果表明,采用Forchheimer方程拟合水力梯度▽P与渗流流量Q的实测数据点,相关系数趋近于1,渗流表现出显著的非线性;随着围压的增大,Forchheimer方程拟合系数A与B呈上升趋势,即岩样渗透性降低,渗流非线性增强,并且破碎花岗岩的非达西系数β随着固有渗透率k的减小近似呈幂函数关系增大。利用该幂函数关系式提出一类能直观判定达西流和非达西流的指标参数——水力梯度比Φ_P和流量比Φ_Q,指标参数的选择和临界值的确定取决于不同工程的目标需求。     

基于四参数随机生长法重构土体的渗流细观数值模拟

基于四参数随机生长法(QSGS),根据土体孔隙率,重构土体微观结构.通过格子Boltzmann方法,左右采用不透水边界,上下边界采用非平衡外推格式,颗粒之间的碰撞采用标准反弹格式,建立饱和土体渗流模型,并让恒定流速的水渗入模型.结合算例,推导了宏观物理单位与格子单位之间的转换关系,编制相关Matlab程序,并且进行运算分析,探讨在计算机模拟情况下的微观土体结构中水的渗流变化规律.结果表明:根据QSGS方法所重构的土体生成过程与自然环境下多孔介质的生成过程类似,重构土体性状各异,连通性和结构与实际土体类似;在连通性良好的前提下,土体中水的渗流速度与孔隙率大小有关;同一土体中渗流通道越小的位置水的渗流速度越小,渗流通道越大的位置渗流速度越大;在相同孔隙率条件下,大颗粒土的平均渗流速度比小颗粒土的平均渗流速度大,而小颗粒土的渗流更为稳定.     

多元结构地基抬田饱和非饱和渗流模型试验

结合江西峡江枢纽控制工程中的库区抬田研究课题,开展多元结构地基上抬田饱和非饱和渗流模型试验研究。结果表明,在稳定渗流条件下,防渗层内部的天然水头势随时间变化属于饱和-非饱和渗流,孔隙水压力总体较小,负压水头势在防渗层以上部分表现为随埋深增加而增大;在有地下水顶托时抬田结构渗流量稍有增加。但均符合设计规范对地基渗流的要求,用试验结果修正的三维有限元计算模型对抬田结构进行模拟计算,大量减少了试验工作量,且结果满足实际工程需要。     

密集排水孔幕饱和-非饱和全精细

对于有密集排水孔幕的工程渗流问题，只进行稳定饱和渗流分析往往是不够的，饱和-非饱和排水子结构分析方法正是解决了这一问题，同时为了全面精细地模拟排水子结构的实际渗流状态，首次提出了全精细数值模拟的理论和方法。在针对2类不同排水孔提出不同的完整水力学模型的基础上，详细讨论了不透水边界、已知结点水头边界、饱和逸出面边界、降雨入渗边界、非饱和蒸发入渗边界等有关子结构排水孔及其它表面可能存在的边界条件的分类处理方法，特别针对顶排型排水子结构排水孔内部水位提出了严密的数学处理方法。工程算例表明，本文提出的针对密集排水孔幕的全精细数值模拟方法是正确的，可以解决相关的工程渗流问题。     

温度因子对混凝土坝渗流监测模型影响的对比研究

分别建立了不考虑温度因子和考虑温度因子时某混凝土坝坝基扬压力监测统计模型,对比研究了温度对混凝土坝坝基扬压力的影响。研究表明:考虑温度因子建立混凝土坝渗流监测模型,有利于提高建模质量,能更好地描述各环境变量对渗流的实际影响程度,能更准确地对大坝安全作出评价。     

东北苏打盐碱地输水渠道渗流模拟与试验研究

我国土地资源与水资源短缺,合理开发与利用东北苏打盐碱地、提高水资源利用率对国家粮食安全和社会稳定具有重要意义.基于渠道渗流基本理论,结合吉林省大安市海坨乡苏打盐碱地水稻种植项目区建设实践,建立混凝土渠、玻璃钢渠渗流模型,进行有限元模拟分析及测渗试验.研究结果表明:混凝土渠渗流模型呈现底部渗漏较大并向渠道两侧扩散的规律,...     

降雨条件下岩体边坡稳定性数值模拟与分析

根据某高速公路岩体边坡的实际情况和基本资料,选定典型边坡,建立降雨入渗条件下该边坡非稳定饱和一非饱和渗流分析的有限元模型,分析在汛期暴雨和平均降雨两种工况下边坡内的地下水渗流场及其变化规律,确定地下水荷载。进一步模拟边坡分级开挖、支护过程,计算分析各阶段边坡应力变形规律和位移变化,以及在2种工况下的边坡稳定性。结果表明,降雨后的最小安全系数比降雨前有所减小,局部安全系数小于1．0,有滑坡危险;锚索支护后降雨的最小安全系数比支护前要大,较小安全系数的分布范围有一定的减小,安全系数提高幅度较大,能满足稳定性要求。该结果不仅可以为工程施工提供科学的理论依据,而且对边坡加固措施以及滑坡的预测预报也具有重要的指导作用。