渗流数值计算方法在农田排水设计中的应用

本文通过一个研究实例,比较系统地介绍了渗流数值计算方法在农田排水设计研究中的应用,提出以土壤通气率为排水标准,应用饱和-非饱和有限元法确定暗管(明沟)适宜间距的方法。

VB和FORTRAN混合编程在渗流数值分析的应用

介绍Visual Basic利用Shell函数来调用Fortran编译的可执行文件实现混合编程的方法,解决Shell函数异步执行导致程序出错的问题,并应用于程序开发中。给出帷幕参数优化的实例予以介绍可视化编程在水工渗流数值分析中的应用。

有地表入渗的裂隙岩体渗流数值分析及工程应用

有地表入渗的裂隙岩体渗流是一饱和非饱和渗流过程。针对裂隙密度较大的岩体 ,把裂隙岩体等效为连续介质来处理 ,建立了有地表入渗的裂隙岩体饱和非饱和渗流数学模型。采用有限元方法作为数值模拟手段 ,编制了考虑地表入渗的饱和非饱和渗流有限元计算程序。用一室内模型试验对程序的可靠性进行了检验 ,检验结果表明模型和计算程序是合理的。最后介绍了程序在一实际工程问题中的应用。

基于区域化变量理论的坝基渗流数值方法研究

坝基岩体渗透系数分布具有强烈的空间变异性,其试验数值差别可达几个数量级,可用区域化变量加以描述。本文基于向家坝水电站坝基渗透性的丰富试验成果,研究了基于区域化变化理论的渗透系数空间分布描述的克里金插值法,并应用在渗流数值计算中。以向家坝典型坝段渗流数值计算为例,分别采用按高程统计方法和克里金插值法对数值模型渗透性进行描述,并得到了渗流场空间分布及测点渗压变化过程。测点渗压实测值与计算值变化规律相同,数值相近。计算单元渗透系数赋值方法不同,坝基渗流场的空间分布也不相同。由于克里金插值方法真实地反映了坝基渗透性空间分布,故渗流数值计算成果更真实;数值计算时渗透系数描述采用克里金插值方法是一种有效、方便且可靠的方法。

利用非线性渗流数值模拟技术对低渗透油藏井网进行优化

研究认为,低渗透油藏中流体主要呈非线性渗流流动。为了更准确地模拟这一过程,选用自研软件,低渗透油藏非线性渗流数值模拟一体化系统,对纯17块油藏的概念模型进行数值模拟计算。在利用该软件对不同井距的五点井网进行模拟计算时,采用水驱产能比这一指标进行对比分析,从而优选出合理井距。低渗透油藏生产井产能往往较低,需要进行生产井人工压裂。利用自研软件,对生产井人工压裂缝的导流能力和裂缝穿透率进行模拟计算,进而优选出合理的压裂缝导流能力和裂缝穿透率。

三维渗流数值法在矿井涌水量预测的应用

该文以新上海庙一号煤矿为例,综合考虑多种矿井涌水量预测方法的基础上,选用三维渗流数值法,结合大量水文地质资料,应用Visual Modflow软件,建立矿区三维非稳定流数值模型来模拟地下渗流场,运用有限差分法得到矿井涌水量。该方法计算结果比较可靠。

某大型山谷型尾矿库三维渗流稳定性分析

坝体内渗水浸润线位置是尾矿库安全稳定性的重要因素之一。以某大型山谷型尾矿库为背景,利用有限元分析软件MIDAS/GTSNX中的渗流分析,建立尾矿库三维渗流数值模型,对尾矿库坝体进行三维渗流场模拟分析,并分别考虑有无排渗措施对渗流场的影响。模拟得到了正常、洪水2种运行工况下浸润线位置和水力坡降分布规律;尾矿库坝体内的浸润线位置高低受排渗设施影响显著,合理设置排渗设施有利于尾矿库的渗流稳定。

基坑三维渗流对紧邻区间隧道影响的数值分析

基坑工程施工改变地下水渗流场,导致紧邻区间隧道受力和变形发生改变。为此,应用数值分析手段,采用流—固耦合计算模式,对某基坑施工过程的渗流场和变形场进行三维模拟,分析了场地的水位下降规律和区间隧道的变形规律。并通过建立能反映止水条和螺栓作用的三维管片环实体计算模型,计算了管片变形和接头纵缝张开量。研究结果表明:该基坑施工诱发的最大水位下降约为2 m;水位下降2 m时管片的纵缝张开增量为0.13 mm,为纵缝张开控制总量的4.3%。因此,认为该基坑施工诱发的三维渗流对紧邻地铁区间隧道的影响较小。

对水闸设计问题的补充讨论之三——水闸的斜坡和渗流控制设计

结合工程案例,对底流消能水闸的斜坡与消力池连接形式,软基水闸地基的防渗和排水设计,软基水闸渗流及基底扬压力(包括渗透压力)计算方法,反滤排水孔设计等问题进行了分析,对比《水闸设计规范》(2016年版)中的相关规定,提出了针对性的意见和建议,以期为水闸设计工作提供参考。

地下工程渗流断层数值模拟的隐式复合材料单元法研究

结合地下工程渗流场三维有限元分析复杂性的实际,对断层的处理进行积极探讨。在拟连续介质模型的基础上,充分利用有限元法的特点,首次提出用隐式复合材料单元法对主要断层进行模拟。算例验证了该法的正确性和实用性。

反倾岩质库岸边坡渗流稳定性数值分析

在库水渗流作用下,水位变化会产生非稳定渗流,土体的渗透性质会影响土体中水压力分布.利用有限元Phase2软件,对不同水位情况下的反倾岩质库岸边坡进行渗流分析,研究库水水位变化速率和滑体渗透系数对岸坡稳定性的影响.当滑体渗透系数一定时,库水位变化速率越大,岸坡安全系数变化越明显.当库水位变化速率一定时,滑体渗透系数越小,岸坡安全系数变化越明显.当库水位下降速率越大,滑体渗透系数越大时,岸坡最容易发生失稳滑移破坏.

反倾岩质库岸边坡渗流场数值分析

在库水渗流作用下,水位变化会产生非稳定渗流,土体的渗透性质会影响土体中水压力分布。利用有限元Phase2软件,对反倾岩质库岸边坡进行渗流分析,研究库水水位变化速率和滑体渗透系数对岸坡稳定性的影响。计算结果表明,当滑体渗透系数一定时,库水位变化速率越大,岸坡安全系数变化越明显。当库水位变化速率一定时,滑体渗透系数越小,岸坡安全系数变化越明显。当库水位下降速率越大,滑体渗透系数越大时,岸坡最容易发生失稳滑移破坏。

特低渗透断块油藏井网优选数值模拟

特低渗透断块油藏的几何形状以及流体非线性渗流特征都对井网部署有影响。针对不同几何形状的特低渗透断块油藏设计了不同形式的注采井网,以江苏油田花17断块为例,在考虑流体非线性渗流特征的前提下,应用研发的非线性渗流数值模拟软件对每种井网形式进行了开发效果评价。研究表明,对于可以部署两排直井的条带状断块油藏,注水井"隔一布一"地正对采油井部署的方式相对最优;小型条带状油藏选择水平井采油直井注水时,注水井的相对最优位置为水平井井趾的外围;对于可以部署少量直井的小三角形油藏,注水井置于采油井排外侧有利于提高开发效果。此项研究为特低渗透断块油藏的井网优化提供了一种新方法。

基于有限体积方法的页岩气多段压裂水平井数值模拟

为了实现页岩气在多尺度介质中的流动模拟,考虑页岩气在基质—天然微裂缝和人工大尺度压裂缝中的流动特征,建立页岩气多段压裂水平井不稳定渗流数学模型,针对模拟区域采用非结构四面体网格进行网格剖分,基于有限体积方法离散建立页岩气三维渗流数值模型,然后通过顺序求解的方法进行求解,进而模拟页岩气多段压裂水平井的生产动态和储层压力分布变化,并对模拟结果进行分析。研究结果表明:(1)采用所建立的数值模拟计算方法与商业数值模拟软件Eclipse计算的多段压裂水平井产气量基本一致,证实该模型正确、可行;(2)分别采用顺序求解方法和全隐式求解方法计算得到的页岩气水平井产气量虽然在生产初期存在着差异,但随着计算的推进,二者迅速趋于一致,进一步验证了该模型的正确性;(3)尽管解吸气对地层压力具有补充作用,但作用有限,对产气量的影响不大,随着生产时间的延长,解吸气量在产气量中所占比例逐渐上升;(4)确定合理的压裂段数且获得较长的压裂缝长,是页岩气水平井增产改造的核心。结论认为,该研究成果有助于页岩气储层体积压裂的设计以及多段压裂水平井生产动态的预测。

考虑基质渗透性的粗糙单裂隙非达西流动特性研究

粗糙单裂隙及其周围岩石基质是组成复杂岩体裂隙网络的基本单元,了解其中发生的流体流动行为具有重要意义。通过直接求解Navier-Stokes(N-S)方程开展三维粗糙单裂隙和裂隙-孔隙双重介质模型的渗流模拟工作,研究了裂隙表面粗糙度、匹配性和基质渗透性对粗糙单裂隙中发生的非达西流动的影响规律。结果表明:Forchheimer方程可以准确描述双重介质模型中粗糙单裂隙流体流量与压力梯度间的非线性关系;表面粗糙度和不匹配性的增大会加剧裂隙内部开度分布的不均匀性,增大裂隙的流动阻力而促进非达西流动的发生;可渗透基质会使得裂隙过流能力增强,通过粗糙单裂隙的流量最多可增大约14%,这会抑制非达西流动的发生;基质渗透性对裂隙过流能力增长的影响程度与表面粗糙度和不匹配性呈正相关。

基于流固耦合的双线盾构隧道施工诱发地表沉降分析

富水地区盾构掘进时,受地下水渗流影响,土体骨架中孔隙水消散产生土体固结,引起地表沉降明显增加。分析渗流条件下盾构隧道施工诱发的地表沉降对控制施工安全具有重要意义。在流固耦合影响下,本文基于厦门市轨道交通2号线东孚站—马銮北站区间某区间段双线盾构隧道工程,研究了隧道盾构施工过程所引发的地表动态沉降问题。通过建立有限差分三维数值计算模型,分析了隧道施工过程中地表沉降、管片变形和隧道洞周孔隙水压变化的规律。计算结果与工程实测数据规律吻合较好,可为类似工程施工提供指导。

山岭隧道渗流及衬砌等效渗透系数的实用计算

衬砌渗漏水是山岭隧道最常见的病害表现,对衬砌的服役性能有重要影响。基于平板裂隙渗流理论,提出了山岭隧道渗流量及等效渗透系数估算的实用计算公式;以典型两车道公路隧道二次衬砌为例,展开了细致的算例分析,并与3DEC三维渗流数值模拟的计算结果相互验证。结合前人关于山岭隧道衬砌渗流裂缝的分布统计,利用上述实用计算公式开展了80种不同工况下的渗流计算。计算结果表明,隧道渗流量随裂缝开度近似呈指数型增长,随衬砌外水压呈线性增长;衬砌等效渗透系数随裂缝开度的增大呈指数型增长,随围岩等级呈先增大后减小的趋势。上述研究成果可为山岭隧道渗流量的估算、衬砌防水设计、衬砌役性能评价等问题,提供定性和定量的参考。

某抽水蓄能电站高压岔管区外水压力数值模拟

水利水电工程引水发电系统建筑物均深埋在地下水位以下,外水压力较大,外水压力值的确定尤为重要。采用渗流数值法来计算某抽水蓄能电站高压岔管区的外水压力,通过实测和计算的渗压值获得了围岩灌浆圈不同岩体的渗透系数值,对电站区引水系统1充水和引水系统2充水,以及一个引水系统充水、另一个引水系统充水后放空条件下的岔管区的外水压力进行了模拟预测。计算结果表明,岔管区的外水压力与充水水位关系密切,在一水道正常运行、另一水道放空检修时,放空的水道将承受更大的外水压力。

川西高原某水库坝址区渗流场模拟及渗漏量计算

为定量评价某水库坝址坝肩渗漏量,以期为大坝防渗处理提供依据。运用Visual MODFLOW三维渗流软件,模拟坝址区在水库蓄水前后的三维渗流场,同时计算坝址断面处水库蓄水前的渗流量和水库蓄水后的渗漏量。模拟结果表明由于大坝的修建,坝址上游的地表水位抬升,使得地下水流动方向发生逆转,坝址断面处的渗漏量也有较大增长,工程对区域地下水环境造成了较为明显的影响。故从工程安全角度考虑,需要对坝基、坝肩进行防渗处理。

考虑土石界面渗透性的土石混合体渗流有限元模拟

忽略岩块渗透性,将土石混合体(SRM)视为由土体和土石界面构成的复合介质。假定土体渗流为二维达西流,土石界面为一维渗流且流量是水力梯度的幂函数;为避免通过迭代确定土体和土石界面之间的流量交换,假定水头在土体与土石界面处连续,构建了土体和土石界面渗流场有限元同步求解模型,实现了考虑界面渗透性的SRM渗流数值模拟。验证算例表明,该模型可模拟不考虑或考虑土石界面渗透性的情形;考虑土石界面渗透性时,可以较好地再现SRM渗透性随含石率增大而先降后增以及渗流速度与水力梯度呈非线性关系的实验现象。数值实验表明,土石界面渗透特性对SRM的渗透特性有本质上的影响,且含石率越高,影响越显著。