基于渗流井理论的放水试验数值模拟及水文地质参数不确定性分析

[目的]建立可靠的地下水数值模型,为煤矿矿坑涌水的预测提供参考。[方法]采用Modflow-2005中的Conduit Flow Process(CFP)方法对某煤矿放水试验进行模拟,并用局部灵敏度分析方法进行水文地质参数不确定性分析。[结果]建立了"渗流—管流耦合模型",经过反复调参,分析拟合结果,求得最佳拟合的水文地质参数。通过灵敏度分析,获得最大的灵敏度参数。[结论]研究区内含水层渗透性差异比较大,在疏放水过程中要做好预防措施;灵敏度分析结果表明,井管C值对放水试验影响最大,纵向上侏罗系下统延安组渗透系数的影响大于其他含水岩组。

水文地质数值模型基础的薄弱性问题浅议

水文地质学正在面临参与全球性大学科领域的新局面。把“三水”视为一个整体,将岩石圈、大气圈和生物圈之间的相互作用有机地联系起来,综合研究在人类活动影响下,人类生存环境所发生的各种全球或区域性变化,从而进一步有效地指导人类活动,已经成为一顶非常重要的课题。由单一学科到多学科,由局部到整体,这既是社会发展的需要。

鄂尔多斯白垩系地下水盆地水文地质概念模型

水文地质概念模型是地下水模拟与水资源评价的基础。为了构建地下水数值模拟模型,以鄂尔多斯白垩系地下水盆地为研究对象,以丰富翔实的勘查资料为依据,从白垩系地下水系统边界条件、水文地质结构、水流系统、水文地质参数、源汇项等方面进行概化,联合采用ArcGIS、RS、GMS、同位素、基流分割、地质统计学、随机模拟等技术方法,建立了一组水文地质概念模型及其相应的空间离散表达,并讨论了地下水模拟面临的问题与发展趋势。

VISUAL MODFLOW建模应用的探讨——水文地质与水资源评价标准化数值模拟软件交流

VISUAL MODFLOW 是国际机构和同行认可的地下水三维水流和溶质模拟评价的可视化专业软件,具有可视化、标准化及自动求参等特点,在世界范围内已广泛应用于地下水勘察与水资源评价中.根据软件使用的多年体会和认识,笔者对使用该软件建模计算的步骤和水文地质条件进行了总结,并对模型的主要计算成果图表进行了解释,最后指出了软件尚存的缺陷,有助于广大水文地质工作者对该软件的了解和正确使用.

安徽省典型水文地质单元划分及地下水数值模型建设

通过对安徽省地下水环境影响现状评价、典型水文地质单元实例分析对安徽省典型水文地质单元特征进行总结,省内地下水环评工作现状、省内环评中数值模型的应用成果评述、地下水数值模型的应用前景及存在问题三方面进行论述,对地下水数值模型的建设进行研究。认为在一定的评价级别范围内,运用数值模型进行地下水环境评价,能给出定量的预测结果,但在运用时,需一定的计算条件和输入必要的参数合理的数据。

基于GMS的三维水文地质模型在济西湿地中的应用

通过对工作区地质条件及水文地质条件的分析,利用GMS软件建立了三维水文地质模型,对济西湿地区进行了地下水数值模拟。通过地下水动态拟合和地下水浓度拟合,对模型进行了校核验证。预测了氯离子和硝酸根离子在2019年、2025年和2035年的浓度分布,通过粒子示踪模拟确定了地下水溶质运移的方向及范围,提出了湿地保护措施及建议。

水文地质数值模拟中节点地面标高的获取方法

在水文地质数值模拟中,地面标高对潜水蒸发量、边坡出溢点标高及其渗漏量等计算、地下水开采或人工补给所带来的环境效应分析等有着重要的作用。数字高程模型可为水文地质数值模型提供所需的节点地面标高,提出了用人工查点法、半自动查点法、数字化地形图提取法等获取数字高程模型的方法,并给出了通过数字高程模型计算节点地面标高的方法。

基于三维随机裂隙的岩溶水渗流数值模型构建及渗流特性研究

为研究裂隙含水介质中岩溶水的微观动力学特征,针对济南泉城公园岩芯样本,通过CT扫描与三维重建技术获取含水介质的内部裂隙结构信息,实现内部三维裂隙结构的再现,通过Monte Carlo模拟技术构建三维裂隙含水介质网络,采用数值模拟方法,研究岩溶水在裂隙网络空间的渗流特性。结果表明,研究区岩溶裂隙微观非均质性强;渗流受控于裂隙分布,具有非常强的方向性;在裂隙相交位置处渗流速度远大于其他部位渗流速度。

基于岩溶区水库安全的水文地质模型构建研究

在有煤矿开采的岩溶地区修建水库是一项复杂的系统工程,需要构建相应水文地质模型对库区及煤矿运输巷道进行相关参数的数值模拟,并对修建水库前后的水文地质情况进行预测,以防止地质灾害事故的发生。通过对四川某岩溶地区水库案例进行研究,运用AutoCAD、ArcGIS进行相关模型参数处理,最终在FEFLOW软件中建立研究区具有代表性的三维水文地质模型,为下一步的相关水文地质参数求取打下基础。

基于水文地质信息的地下水流场建模及预测

本项研究的核心在于地下水流场的建模与预测。它基于水文地质信息,渗透了地下水流动的物理机制和数学模型的深层探视。影响地下水流场的主要因素都被探讨了,那包含了地下水的源头和终点、地层的次生孔隙度以及孔隙流体的动力学性质等多个方面。依托这些理论,使用相关数据配合地下水数值模拟方法,一个立体且数字化的地下水流场模型面世了。这个模型能详细展现出地下水流场在时间和空间上的具体分布,可说充满真实感和可信度。在预测实验的一系列测试中,此模型未来地下水动态变化的预测能力显而易见,预测精度出众。通过对比实际监测数据,模型预测的地下水流速和流方向与实际情况吻合良好,验证了该模型的可靠性和具有实用价值。本研究的结果对于理解和预测地下水流动,以及地下水资源的管理和保护具有重要的指导意义。

水文地质数值模拟的立足点

根据当前水文地质数值模拟理论研究和实践应用的巨大反差 ,以五常市地下水资源数值模拟为例讨论了水文地质数学模型数值模拟的基础和立足点———必须查明地质条件及水文地质条件 ;并以大量的野外试验数据为依据 ,取得良好地质效果的数值模拟为例 ,进一步说明了野外基础工作的重要性。

水文地质数值模拟问题的讨论

就当前水文地质数值模拟的实质问题———理论研究和实践应用的巨大反差 ,讨论了建立水文地质数学模型的基础和影响数值模拟结果的主要因素 。

海底隧道的非连续裂隙网络水文地质模型研究(英文)

研究目的在于强调利用非连续裂隙网络建立水文地质模型所需的核心方法,在特定场地,建立可行的水文地质模型在隧道的排水系统设计和建设中是非常必要的。根据水晶岩石上钻探的试验结果,建立了HydroDFN模型,通过观察到的破裂现象和导水参数进行集中调试,以确认导水的参数。通过HydroDFN模块,计算等效块渗透系数,并把计算出来的等效块渗透系数和现场测试数据加以分析和比较。

水电工程水文地质崩塌数值分析研究

本研究建立水电工程崩塌地之地层滑动与水文地质条件之关联性,并了解水文地质因素及特性对工程地滑动之影响。结果发现,水力-力学特性之异质性与异向性,对于水电工程暴雨诱发之滑动扮演重要角色。

脆性岩石破裂过程损伤与渗流耦合数值模型研究

大量的实验结果表明,脆性岩石的渗透性不是一个常量,而是应力和应力诱发损伤破裂的函数.建立了一个描述非均匀岩石渗流-应力-损伤耦合数学模型(FSD Model),开发出岩石破裂过程渗流-应力-损伤耦合分析计算系统(F-RFPA^(2D).在该系统中,单元的力学、水力学性质根据统计分布而变化,以体现材料的随机不均质性,材料在开裂破坏过程中流体压力传递通过单元渗流-损伤耦合迭代来实现.该系统能够对岩石试件在孔隙水压力和双轴荷载作用下裂纹的萌生、扩展过程中渗透率演化规律及其渗流-应力耦合机制进行模拟分析.最后,给出两个算例:算例1模拟载荷作用下岩石应力应变-渗透率全过程.模拟结果表明,非均匀性对岩石的应力峰值强度、峰值前后其渗透性演化规律及其破裂机制影响十分明显,模拟结果和实验结果较为一致;算例2模拟孔隙水压力作用下岩石拉伸断裂过程,通过和物理实验对比验证,验证了模型计算结果的可靠性.

煤层瓦斯渗流与煤体变形的耦合数学模型及数值解法

根据固流耦合作用的基本理论，考虑瓦斯渗流对煤体本构关系的影响，提出了煤和瓦斯耦合作用的数学模型，给出了用有限元求其数值解的方法及程序。在此基础上，对采动影响下考虑煤层变形影响时瓦斯在采空区的流动规律进行了数值模拟分析。

随机形貌岩石节理剪切-渗流数值模拟和剪胀-渗流模型

采用Hurst指数的独立分割方法构造随机形貌岩石节理剖面,基于岩石节理的CY模型构建随机形貌岩石节理剪切-渗流计算模型和数值分析方法,为研究岩石节理的剪切-渗流响应提供了理论参考。采用CY微段节理模型的细观剪切力学参数,探讨剪切作用下随机形貌岩石节理剪切-渗流响应。结果表明:节理粗糙度越大,岩石节理的宏观剪切峰值强度和剪胀角随之增大;随着法向应力的增加,节理的剪胀效应逐渐减弱;剪切过程中的节理渗透系数呈平稳增长—快速增大—渗流稳定3阶段变化,在剪切最开始短暂时候,节理剪缩使渗流偏离立方渗流准则,节理渗透系数与法向应力具强耦合关系。引入剪胀等效节理水力隙宽,建立岩石节理的非线性剪胀-渗流模型,合理地描述了不同粗糙度节理剪切过程中的剪胀效应及其对节理渗透系数的贡献。

粘土岩饱和–非饱和渗流应力耦合模型及数值模拟研究

岩体中饱和–非饱和渗流、应力耦合行为对工程岩体的强度和稳定性有十分重要的影响。基于粘土岩实验室非饱和渗流试验的结果,将考虑塑性应变硬化的非饱和渗流、应力耦合模型、Hoek-Brown非饱和渗流、应力耦合模型应用于模拟某粘土岩竖井,研究其在开挖、通风、衬砌支护及长期运营期围岩内渗流从初始饱和→非饱和→近饱和的过程,以及竖井的非饱和流动区域大小对水力学参数(Biot固结系数、饱和度与毛细孔隙压力、水相的相对渗透系数与饱和度)的敏感性。结果表明:水力学参数对非饱和渗流的影响区域非常显著,尤其是水相的相对渗透系数与饱和度的关系。力学模型的差异对非饱和区的影响几乎可以忽略不计。

双重介质温度场-渗流场-应力场耦合模型及三维数值研究

在建立双重介质温度场-渗流场-应力场耦合微分控制方程基础上,提出研究裂隙岩体温度场-渗流场-应力场耦合的双重介质模型,对不同介质分别建立以节点位移、水压力和温度为求解量的三维有限元格式,提出该数学模型的求解策略与方法,开发双重介质流固热耦合分析的计算程序,通过模拟地下2200m的高温岩体地热开发系统的算例发现,注入井附近温度场-渗流场-应力场三场耦合作用十分明显的,主干裂隙对渗流场、温度场和应力场的整体分布具显著影响。与渗流场-应力场耦合,应力场-温度场耦合进行比较,探讨各场耦合效应的强弱,可以得出,在一定空间、时间域内,往往存在着起主导控制作用的双场耦合系统,变温条件下温度场对裂隙渗流场具显著耦合作用,从而论证了存在温度变化梯度的岩土工程中进行三场耦合分析的重要性。

基于双重孔隙介质模型的渗流–应力耦合并行数值分析

为模拟天然岩石中孔隙和裂隙的不同渗透性能及应力耦合特性,基于双重孔隙介质模型,建立渗流–应力耦合分析的迭代计算模型。岩石基质渗透系数和孔隙率通过体积应变进行更新。裂隙系统的耦合模型通过立方体单元模型来建立,渗透系数和孔隙率随有效应力的变化进行更新。考虑到耦合分析时步多、计算量大的问题,采用基于element-by-element策略的有限元并行计算方法进行数值模拟。编制相应的耦合分析并行程序CoupledGF,并在分布存储的并行机上实现。对包含一个生产井和一个注入井的封闭区域进行渗流–应力耦合分析,模拟约22 000个时步。计算结果表明,并行耦合分析模型对于渗流应力的耦合分析是很有效的。