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岩石力学与工程学报 1999年第2期18卷 129-132页

作者：陈洪凯朱可善重庆交通学院岩土工程研究所重庆建筑大学岩土工程研究所

根据对岩体结构面及地下水流渗流量的调查和观测，概化出渗透结构面及其分组，利用极值控制法求出渗透结构面的渗透系数，进而求出岩体的初始渗透张量；基于岩体的初始渗透张量及现场观测的渗流量，利用有限元法求解岩体等效渗透张量。... 详细信息

根据对岩体结构面及地下水流渗流量的调查和观测，概化出渗透结构面及其分组，利用极值控制法求出渗透结构面的渗透系数，进而求出岩体的初始渗透张量；基于岩体的初始渗透张量及现场观测的渗流量，利用有限元法求解岩体等效渗透张量。该方法能够比较客观地确定施工期岩体的等效渗透张量。

关键词：施工期岩体渗透结构面等效渗透张量三峡工程

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岩体结构面网络模拟与等效渗透张量研究

岩体结构面网络模拟与等效渗透张量研究

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作者：汪志涛南京大学

学位级别：硕士

岩体由岩块与结构面组合而成，岩体结构是岩体最基本特征。研究岩体水力学性质特征需对岩体结构特征有所了解，才能使建立的岩体渗流模型适宜性有所保障。岩体结构面网络模拟技术可为建立合理的岩体结构模型奠定基础。　　本文以岩体... 详细信息

岩体由岩块与结构面组合而成，岩体结构是岩体最基本特征。研究岩体水力学性质特征需对岩体结构特征有所了解，才能使建立的岩体渗流模型适宜性有所保障。岩体结构面网络模拟技术可为建立合理的岩体结构模型奠定基础。　　本文以岩体结构面网络模拟为中心环节，研究分析了岩体结构面网络模拟的数据采集方法、概率模型的建立、随机数生成、可视化程序软件开发等方面的内容。同时在岩体结构面网络模型建立的基础上，运用离散网络介质数值分析理论研究了裂隙岩体表征单元体及等效渗透张量求解算法。通过本文的研究主要取得了如下成果：　　分析了玫瑰花图、赤平投影法在进行岩体结构面分组时的特点与不足，并引入了基于修正的一级模分析理论的岩体结构面分组方法，编制了JOINTANSYS岩体结构面分组程序用以解决结构面分组问题。探讨了Fisher分布特点，并就其随机数生成算法加以推导。　　在岩体结构面迹长量测求解方面，将目前使用范围较广的测线法、测框法和测圆法三种迹长测量方式加以对比分析，提出三种方式各自的优缺点。同时就工程运用中三种测量方法最佳测量尺寸确定问题加以探讨。　　岩体结构面发育规模大小、体密度参数在岩体结构面三维模拟中非常关键，然而就二维露面结构面调查领域内来说，目前尚未有明确统一的解析公式用以直接求解这两个参数。本文利用岩体结构面网络模拟技术，提出了对这两种参数反演的算法。　　对结构面网络模拟技术理论、特点加以总结，利用Matlab与Surfer软件，编制出了岩体随机三维网络模拟的可视化程序。　　在岩体结构面网络模拟的基础上，运用离散网络介质数值分析理论，开发出了SLCX应用程序用以计算表征单元体大小以对岩体是否可以等效为连续介质进行判定，同时也可计算出相应尺度下的等效渗透性系数。　　本文研究的成果在甘肃北山BSO3号孔附近岩体结构面网络模拟和岩体水力学性质研究中得到了应用。

关键词：岩体结构面网络模拟表征单元体等效渗透张量岩体渗流模型

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施工过程中岩体等效渗透张量的系统求解法——以三峡工程永久船闸边坡为例

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重庆交通学院学报 1999年第2期18卷 95-99页

作者：陈洪凯朱可善重庆交通学院岩土工程研究所重庆建筑大学岩土工程研究所

根据对岩体结构面及地下水渗流量的调查和观测，概化出渗透结构面及其分组，利用极值控制法求出渗透结构面的渗透系数，进而求出岩体初始渗透张量；基于初始渗透张量及观测渗流量利用有限元法反求岩体等效渗透张量．该方法能够比较客观... 详细信息

根据对岩体结构面及地下水渗流量的调查和观测，概化出渗透结构面及其分组，利用极值控制法求出渗透结构面的渗透系数，进而求出岩体初始渗透张量；基于初始渗透张量及观测渗流量利用有限元法反求岩体等效渗透张量．该方法能够比较客观地确定施工过程中岩体的等效渗透张量．

关键词：岩体等效渗透张量船闸边坡

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施工期岩体等效渗透张量求解法

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岩石力学与工程学报 1999年第2期18卷 129-129页

作者：陈洪凯朱可善重庆交通学院岩土工程所重庆 400074 重庆建筑大学岩土工程所重庆 400045

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基于裂隙岩体渗透张量的水封油库水幕布置方式

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科学技术与工程 2018年第22期18卷 47-53页

作者：高斌许振浩施雪松张乐文赵少龙王文扬黄鑫山东大学岩土与结构工程研究中心济南250061

为研究岩体渗透张量对于水封油库水幕布置方式及渗流场的影响规律,推导了等效渗透张量计算公式,模拟分析不同渗透张量与水幕布置方式组合下的渗流场。通过二维裂隙介质网络模型求得不同方向渗透系数,并拟合成渗透椭圆,求得等效渗透张量... 详细信息

为研究岩体渗透张量对于水封油库水幕布置方式及渗流场的影响规律,推导了等效渗透张量计算公式,模拟分析不同渗透张量与水幕布置方式组合下的渗流场。通过二维裂隙介质网络模型求得不同方向渗透系数,并拟合成渗透椭圆,求得等效渗透张量。开展了不同等效渗透张量和不同水幕布置方式的数值模拟,进行了渗流场及洞周速度分析,并采用黄岛油库进行了分析验证。研究结果表明:裂隙介质可通过各方向渗透系数的计算求出等效渗透张量,通过分析不同渗透张量与水幕布置方式组合,得出应采用水幕孔垂直于渗透主方向的布置方式。

关键词：等效渗透张量水封油库水幕孔

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岩体渗流—应力耦合的随机有限元方法

岩体渗流—应力耦合的随机有限元方法

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作者：何翔中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）

学位级别：博士

岩体渗流-应力耦合理论是渗流力学、岩土力学相互交叉形成的学科。目前,这方面的研究与应用已涉及到多个岩土工程领域。等效连续介质模型是研究岩体渗流-应力耦合问题较为实用且有效的模型,在渗流场、应力场参数等效性的基础上,采用该... 详细信息

岩体渗流-应力耦合理论是渗流力学、岩土力学相互交叉形成的学科。目前,这方面的研究与应用已涉及到多个岩土工程领域。等效连续介质模型是研究岩体渗流-应力耦合问题较为实用且有效的模型,在渗流场、应力场参数等效性的基础上,采用该模型的模拟结果能反映耦合场内孔压、位移、应力等场变量的整体分布情况。岩体介质的力学参数具有很强的空间变异性,这种变异性可采用参数随机场理论进行描述,在等效连续介质模型的基础上,考虑岩体介质参数的空间变异性,采用随机有限元法对含随机参数的耦合场进行值模拟,模拟结果能较好的反映参数空间变异性对耦合场中孔压头、应力、位移等场要素的影响。本文的主要工作包括:1)在单一裂隙渗流的立方定律的基础上,推导出考虑裂隙密度、裂隙方位及裂隙开度等影响因素的裂隙岩体等效渗透张量的计算方法;在单一裂隙法向变形和剪切变形规律的基础上,给出其力学参数等效方法。2)将渗流-应力耦合的有限元方程写成解耦形式,采用精细积分方法对应力场方程和渗流场方程分别求解,既避免了求解病态方程组,又避免了时间差分法求解过程中易振荡、精度低的缺陷;在提高求解速度的同时也保证了计算结果的精度。3)将岩体渗流、力学参数视为空间随机场,能较好的反映参数的空间变异性;分别采用普通克立格估值法和泛克立格估值法对平稳随机场和非平稳随机场进行参数估值,能保证估值的无偏性和有效性。采用克立格估值法和形函数插值法相结合的随机场空间离散化方法既能保证单元参数赋值的精度,又能结合有限元计算自身的特点,是一种较为有效的随机场空间离散方法。4)在等效连续介质模型的基础上,采用随机场理论对岩体参数空间变异性进行描述,并采用随机有限元法对含随机参数的耦合场进行数值模拟,可得到孔压、应力、位移等场变量的随机分布特征。避免了确定式数值模拟方法不能反映介质参数不确定性对计算结果影响的缺陷,同时也可以方便的分析耦合场内孔压、位移等变量对参数的灵敏度。

关键词：渗流-应力耦合等效连续介质模型等效渗透张量全耦合非线性耦合精细积分参数随机场克立格估值随机有限元灵敏度分析

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裂隙岩体宏观力学参数评价研究

裂隙岩体宏观力学参数评价研究

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作者：杨建平中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）

学位级别：博士

裂隙岩体是地质工程中经常遇到的一类复杂岩体,它的变形、强度和渗透性等特征,直接关系着工程设计、施工和运营稳定性。本文从裂隙岩体的岩石、结构面及其组合状态出发,建立岩石-结构面二元岩体模型,研究裂隙岩体的宏观变形、强度和渗... 详细信息

裂隙岩体是地质工程中经常遇到的一类复杂岩体,它的变形、强度和渗透性等特征,直接关系着工程设计、施工和运营稳定性。本文从裂隙岩体的岩石、结构面及其组合状态出发,建立岩石-结构面二元岩体模型,研究裂隙岩体的宏观变形、强度和渗透参数;并将研究成果应用到锦屏电站深埋引水隧洞工程。主要研究工作如下: (1)考虑岩石基元的非均质性,假设岩石中基元的粘聚力服从三参数Weibull分布,提出岩石的损伤模型。通过试验结果和Matlab程序拟合优化得到模型中的参数;基于建立的损伤模型和拟合优化的参数,有限元计算了不同围压下试样的轴向应力-轴向应变关系,并和试验曲线进行了对比,表明该模型可以较好地模拟不同围压下岩石的峰值强度和残余强度。建立了结构面剪切-张拉损伤演化本构模型,对所建立的结构面损伤演化模型进行了数值验证,证明了数值方法的有效性。 (2)基于现场裂隙分布统计规律,用Monte Carlo法生成了随机裂隙网络。研究了岩石-结构面二元岩体模型网格生成方法,编制了Fortran程序,对裂隙岩体进行网格剖分。基于岩石和结构面的弹性参数和所建立的岩石-结构面计算网格模型,研究了岩体变形模量的尺寸效应、各向异性和张量特性,得到了裂隙岩体变形模量REV尺寸和柔度矩阵。通过理论方法研究了裂隙岩体的变形模量,结果表明该方法可以评估裂隙岩体的变形模量尺寸效应和各向异性。基于岩石和结构面的本构模型及相应的模型参数以及所建立的岩石-结构面计算网格模型,研究了裂隙岩体抗压强度的尺寸效应和各向异性,得到了岩体抗剪强度参数,并和Hoek-Brown经验准则作了对比。 (3)研制了低渗透介质温度-应力-渗流耦合三轴仪(T-M-PTS),通过该仪器研究了大理岩和结构面在不同温度、不同静水压力下的渗透特性。①对大理岩进行的温度-应力-渗流耦合试验得出:在弹性受压阶段,岩石未发生热应力微破裂、未进入扩容阶段时,大理岩渗透率随着静水压力增大而降低、随着温度升高而降低。②对大理岩结构面进行的温度-应力-渗流耦合试验得出:在静水压力加载阶段,裂隙渗透率随着压力的增大而降低;在卸载过程中,由于裂隙存在不可恢复变形,渗透率不能完全恢复;静水压力不变时,裂隙渗透率随着温度升高而降低。 (4)利用生成的随机裂隙网络模型,基于平行板水流立方定律和试验得到的裂隙渗透参数,通过离散裂隙网络模型研究了裂隙岩体渗透系数的尺寸效应、各向异性和张量特性,得到了渗流REV尺寸下岩体等效渗透张量。 (5)将研究得到的裂隙岩体宏观力学参数代入锦屏电站引水隧洞模型,通过连续介质力学方法进行有限元计算,计算结果表明参数取值和所建模型合理。

关键词：裂隙岩体损伤模型变形模量特征单元尺寸(REV) 等效力学参数等效渗透张量

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三维裂隙网络线单元渗流模型及其校正

三维裂隙网络线单元渗流模型及其校正

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作者：叶茂华北电力大学

学位级别：硕士

裂隙岩体渗流研究对于许多应用学科的进一步发展具有重要意义,同时也是解决一些重大实际工程问题的迫切需求,例如水利水电工程、土木工程、石油工程、核电工程以及矿产资源开采等相关工程领域。岩体的水力学性质主要由岩体内分布的结构... 详细信息

裂隙岩体渗流研究对于许多应用学科的进一步发展具有重要意义,同时也是解决一些重大实际工程问题的迫切需求,例如水利水电工程、土木工程、石油工程、核电工程以及矿产资源开采等相关工程领域。岩体的水力学性质主要由岩体内分布的结构面控制,结构面是指地质历史发展过程中,在岩体内形成的具有一定延伸方向和长度、厚度相对较小的地质界面或带。由于岩体内结构面的形状、产状和大小不同,空间组合形式也不同,使岩体渗透性表现出各向异性和非均质性。这也决定了岩体水力学参数的取值和渗流分析是一个极其复杂、而又极具实际意义的研究课题。如何合理的表示这种非均质性是研究的重点和难点。针对这种非均质性,可以将岩体渗流模型概括为四类：等效连续介质模型、双重介质渗流模型、离散裂隙网络模型、混合模型。等效连续介质模型相对已经比较成熟,但是裂隙岩体代表单元体的大小和等效水力参数较难确定,同时其不能很好地刻画裂隙的特殊导水作用。后两种方法更能刻画裂隙岩体渗流的基本规律和体现岩体的非均质性,具有广泛的发展空间。混合模型虽然能更为全面反映裂隙岩体渗流特征,但难以确定结构体和裂隙面之间的水量交换关系,使其使用价值具有很大的局限性。因此,本文主要致力于发展既能最大程度符合客观规律又兼具实际工程应用价值的离散裂隙渗流模型。对于岩体渗流来说,离散型裂隙网络比等效连续型裂隙网络更能准确而客观地刻画实际岩体中的渗流规律。本文依据现场测量所获得的裂隙产状统计规律,利用Monte Carlo法模拟生成相应的裂隙网络,采用图论数学模型中深度优先搜索(DFS)方法完成裂隙网络最大连通分量的确定。本文依据裂隙间的相交关系,将岩体渗流网络概化为以裂隙圆盘圆心为结点,相交圆盘圆心间连线为单元的三维裂隙网络线单元模型。此方法将三维裂隙渗流网络简化为空间一维渗流网络,大大减少了渗流模型的结点数与单元数,极大地减少了渗流计算量。与管道渗流模型对比分析,对相关算例进行模拟计算,得到模型的等效渗透张量和流量。

关键词：线单元 Monte—Carlo法深度优先搜索离散型裂隙网络等效渗透张量

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裂隙岩体渗流等效性及数值模拟研究

裂隙岩体渗流等效性及数值模拟研究

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作者：纪伟河海大学

学位级别：硕士

对裂隙岩体中的渗流进行数值模拟计算时,主要考察的是计算模型是否有效、所设定的模型参数是否精确以及边界条件的选取是否合理,本文通过对以上三个问题的研究,取得初步的研究成果。主要研究内容如下: (1) 全面地总结了国内外有关裂... 详细信息

对裂隙岩体中的渗流进行数值模拟计算时,主要考察的是计算模型是否有效、所设定的模型参数是否精确以及边界条件的选取是否合理,本文通过对以上三个问题的研究,取得初步的研究成果。主要研究内容如下: (1) 全面地总结了国内外有关裂隙岩体的四种等效方法,即:连续等效、统计等效、混合等效和动态等效,指出各自的优缺点和适用条件,并给出这些方法的等效性评价。 (2) 介绍了裂隙岩体渗流有限元理论,在网络渗流计算方法中考虑局部水头损失的影响,并分析了各种裂隙相交情况下的水头损失;介绍了等效渗透张量的计算方法,并给出其有效性的判定标准。 (3) 对贯通裂隙和非贯通裂隙网络进行渗流分析,据此评价了裂隙几何参数在裂隙网络等效成连续介质时的影响,同时研究了非线性渗流和局部水头损失对渗流场的影响效应。对于非贯通裂隙网络主要考察裂隙隙宽均值、裂隙迹长均值、裂隙迹长标准差、裂隙密度均值、裂隙组数、裂隙走向均值、裂隙走向标准差以及不同分布形式下裂隙参数的敏感性。 (4) 介绍了获取裂隙岩体渗透参数的两种方法,针对这两种方法的不足,介绍了修正方法,并数值模拟二维压水试验,提出综合渗透系数的修正公式;提出了给定更合理更准确边界条件的方法,并通过实例来验证边界条件修正方法的可行性。

关键词：裂隙岩体渗流等效渗透张量数值模拟

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宽条带跳采及其地下水渗流规律研究

宽条带跳采及其地下水渗流规律研究

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作者：李建新辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

开采煤层必然使岩体原有的应力平衡状态受到破坏,为了达到新的应力平衡,发生了围岩变形、移动和破坏。不仅对地表及其上面的建筑物产生破坏性的影响,而且容易改变煤层上覆和下伏含水层地下水赋存、运移条件,产生增渗效应,诱发矿井水向... 详细信息

开采煤层必然使岩体原有的应力平衡状态受到破坏,为了达到新的应力平衡,发生了围岩变形、移动和破坏。不仅对地表及其上面的建筑物产生破坏性的影响,而且容易改变煤层上覆和下伏含水层地下水赋存、运移条件,产生增渗效应,诱发矿井水向采空区渗流或造成顶底板突水。为了减小采动对地面建筑物和地下水资源的影响和破坏,提出了宽条带跳采的采煤方法,通过对以上两方面问题的研究,取得初步的研究成果,主要内容如下: 1.结合宽条带开采和全柱开采这两种采煤方法的优点,提出了宽条带跳采的采煤方法,通过数值计算分析了宽条带跳采、常规条带开采和冒落法开采引起地表移动的动态变形和静态变形对地面建筑物的影响和破坏,指出宽条带跳采的可行性和优点。 2.在确定宽条带跳采的参数时,应把采宽和留宽作为一个整体来考虑,通过数值计算,运用图形分析了不同采宽和留宽地表的下沉曲线和水平变形曲线,提出了更加合理的采留比的确定方法。 3.介绍了等效渗透张量的计算方法,并给出其有效性的判定标准,保证了裂隙网络等价为等效连续介质的有效性。 4.以获取裂隙岩体渗透系数的两种方法为基础,针对其修正公式的局限性,通过数值模拟二维压水实验,给出了综合渗透系数的修正公式,该公式的修正结果体现了裂隙岩体各向异性的渗透特性。 5.通过数值模拟,分两种情况比较了宽条带跳采与冒落法开采对地下水运移条件的破坏程度和降水漏斗的影响范围,宽条带跳采引起的降水漏斗的范围较小,对地下水赋存、运移条件的破坏较轻,不仅减小了矿井的涌水量,而且有效地保护了地下水资源。

关键词：宽条带跳采地表移动变形裂隙岩体渗流等效渗透张量数值模拟

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