基于单个裂隙的单元等效渗透系数张量

根据流量等效原则和有限元法思想，提出了基于单个裂隙的单元等效渗透系数张量计算公式，为采用较为成熟的等效连续介质模型的理论和计算方法来解决离散网络模型和离散介质-连续介质耦合模型问题提供了有效的理论工具。模拟了主干裂隙的导水作用，计算结果合理，且不存在离散介质-连续介质耦合模型数学处理不易，二者之间水交换量难以确定的问题。

裂隙岩体等效渗透系数张量数值法研究

由于核废料地质储存、地热开采、深部油气开采的工程需求,裂隙岩体渗透性及其随着应力、温度的影响受到广泛关注。通过温度-渗流-应力耦合三轴仪对大理岩人工裂隙渗透率随应力及温度变化规律进行了试验研究,获得了大理岩闭合裂隙渗透率随应力、温度的变化趋势及受影响程度。在试验基础上,通过数值方法研究了裂隙岩体等效渗透系数的尺寸效应及各向异性,获得了该裂隙岩体的等效渗透系数REV及渗透张量。

水库裂隙岩体渗透系数张量的确定

通过裂隙在空间展布状况的测量,用统计学方法初步确定裂隙岩体的渗透系数张量,获得渗透系数张量的主值及主方向。考虑到裂隙测量的误差,根据野外压水试验得到的单位吸水量,利用巴布什金公式计算岩体的各向同性渗透系数,对其进行修正,从而得到研究区裂隙岩体的修正渗透系数张量。并运用上述方法对蒲石河抽水蓄能电站上水库坝址区裂隙岩体的渗透系数张量进行了计算。结果表明,该方法能较好地反映裂隙岩体渗透性的各向异性特征,可为岩体渗透性分区及防渗帷幕的优化提供科学依据。

裂隙岩体渗透系数张量的反演分析

视岩体为非均质各向异性渗透体，以渗流场中测点水头及流量的计算值与实测值的最佳拟合为准则，把反演岩体渗透系数张量等参数的反问题归结成一个数学优化问题。为了确保反演计算的顺利进行，对极小化目标函数设置惩罚性附加项，在计算机上自动求得岩体工程中三维复杂渗流场反问题的解。最后介绍一个复杂工程实例的求解。

基于神经网络的大坝岩体渗透系数张量反演分析

基于人工神经网络的非线性映射特性,在三维有限元计算基础上结合大坝原型观测资料,提出了坝区岩体渗透系数张量的反演方法。以某混凝土拱坝原型观测资料为例,反演了坝区岩体渗透系数张量。结果表明,该方法可行有效。

拉应力条件下岩石细观力学本构模型和渗透系数张量研究(Ⅱ):各向异性渗透系数张量及算例

建立了同时考虑微裂纹发展过程、渗透压和变形影响的岩石各向异性渗透系数张量,推导了所建立本构模型和渗透系数张量的单轴拉伸方程,并和实验结果进行了对比。结果表明,建立的本构模型能够反映岩石的弹性阶段、非线性强化阶段、应力跌落阶段和应变软化阶段的特征;能够很好地反映有渗流时岩石抗拉强度降低等渗流岩石力学特征;建立的渗透系数张量正确反映了随着岩石损伤的发展岩石中渗流的各向异性规律。该模型也适用于岩体。

二维裂隙渗流等效渗透系数张量的一种近似算法

地质体裂隙渗流十分复杂,通常可用等效渗透系数张量来描述其渗透特性.本文基于无限延伸的多组平行裂隙的等效渗透系数张量的叠加算法,通过引入裂隙的贯通系数概念,并结合随机裂隙网络生成技术,发展了一种可用于估算二维裂隙等效渗透系数张量的叠加算法.

任意各向异性岩体渗透系数张量的半解析计算

本文首先通过坐标轴的旋转、压缩和再旋转变换，推导出了有越流任意各向异性含水层中地下水三维井流问题的计算公式．在此基础上提出了采用抽水试验资料图解和优化相结合的方法确定任意各向异性岩体渗透系数张量及渗透主值的方向．计算实例表明，这种半解析的计算方法不仅简易，而且有较高的计算精度．

采用Monte-Carlo模拟技术计算裂隙岩体的渗透系数张量

裂隙岩体的渗透系数张量是一个非常重要的岩体水力学参数。本文采用结构面现场测量及统计分析方法建立岩体结构的概率模型 ,进而采用 Monte-Carlo模拟技术生成岩体裂隙网络模型 ,由裂隙网络模型中的连通裂隙计算岩体的渗透系数张量 ,并给出了工程应用实例。

利用多孔压水试验资料计算裂隙岩体的渗透系数张量

本文从渗透系数张量的数学定义出发,分析了方向渗透系数与渗透系数主值之关系。提出了利用多孔压水试验资料计算裂隙岩体的渗透系数张量的方法。该方法简单、实用,具有广泛的应用价值。

边界元法中奇性系数张量的统一解析计算公式

文章给出使用常数、线性和二次边界元对弹性力学平面问题分析时奇性系数张量的统一解析计算公式。

裂隙网络非达西渗流REV及非达西系数张量研究

裂隙网络渗流理论最初建立在裂隙渗流服从立方定律的基础上,而裂隙中非达西渗流更为广泛存在,因此,裂隙网络非达西渗流特性研究更具工程应用前景。本文首先对基于单裂隙立方定律的线素法模型进行改进,用以实现裂隙网络非达西渗流的计算,进而将其应用于实测裂隙数据生成的裂隙网络非达西渗流特性的研究。研究结果表明:根据改进线素法模型和Forchheimer定律计算得到的等效渗透系数张量与线素法模型和达西定律计算得到的具有一致性。对于同一裂隙网络而言,等效非达西系数张量确定的渗流REV要比等效渗透系数张量确定的大,且等效渗透系数张量与等效非达西系数张量的主轴方向一致,但两者之间的长轴互相垂直。

考虑应力状态的裂隙岩体渗透系数张量计算

渗透系数张量的正确确定是进行大范围裂隙岩体渗流计算的基础。以实测岩体不连续面的几何特征和统计参数为基础,利用立方定律计算渗透系数张量时,还必须进行裂隙粗糙度、裂隙网络连通程度的修正,并考虑应力变化对渗透系数的影响。对取自丹江口水库库区的辉绿岩剪切裂隙进行了不同围压和裂隙水压力下的渗透试验,结果表明:裂隙的渗透系数与净围压的关系符合指数函数特征,而随着裂隙水压力的增大,裂隙面两侧基岩发生附加变形,导致渗透系数增大。在此渗流试验的基础上对渗透系数进行考虑三向应力和裂隙水压力变化的修正后,得到新的渗透系数张量计算公式。对丹江口水库库区某段裂隙岩体渗透系数张量的计算实例表明,修正后的渗透系数张量更符合实际。

基于几何测量法的裂隙岩体渗透性研究

基于某坝址区左岸灌浆平硐裂隙实测结果,建立了裂隙岩体渗透系数张量计算方法,并开发了渗透系数张量计算软件。运用该软件对某坝址区左岸灌浆平硐中裂隙的渗透性进行了计算,计算结果得到了现场的验证,故该软件可以作为压水试验反演分析的补充,可为岩体渗透性分区及防渗帷幕的优化提供科学依据。

弹塑性条件下岩土孔隙介质有效应力系数理论模型

分析了有效应力系数的物理机理及其主要影响因素,在此基础上,提出了等效孔隙连通率的概念,以此表征岩土类孔隙介质的结构和孔隙之间的连通性,建立了有效应力系数张量演化的普适性理论模型。基于大理岩峰后和砂岩不同塑性变形阶段的有效应力测试试验,分析了塑性条件下影响有效应力系数的主要因素,结果表明塑性条件下,影响有效应力系数的主要因素为等效孔隙连通率。利用试验数据,通过拟合得到了大理岩和砂岩的等效孔隙连通率随应变的演化规律,从而得到了有效应力系数与变形的关系。研究成果为弹塑性条件下的流固耦合研究提供了基础性的理论和方法支持。

Hashin-Shtrikman弹性模量边界的转换

当孔隙内介质为流体时,用经典的Hashin-Shtrikman弹性模量边界模型估算线弹性各向同性双相孔隙介质整体弹性模量将存在问题。首先基于整体介质与宏观各向同性组分满足的应力和应变组分关系,推导出整体介质弹性矩阵与组分弹性矩阵之间的显式关系,联合其应变关系,定义和分析了对应的两个系数张量,并据此导出了相关场变量位于统一坐标系时整体介质体积模量与剪切模量的关系;然后将经典的Hashin-Shtrikman弹性模量边界模型与上述关系式结合,得到4个新的整体介质弹性模量的估算公式,再与原始的Hashin-Shtrikman弹性模量边界进行了比较,最后针对饱和水纯净砂岩介质进行了试算。结果显示,孔隙介质整体与组分的应力应变、弹性矩阵以及弹性模量之间存在组分加权关系;新的弹性模量表达式计算值在组分弹性模量满足一定条件下位于原始的Hashin-Shtrikman边界内,这在一定程度上弥补了经典Hashin-Shtrikman边界模型对于整体弹性模量特别是孔隙度小于20%时剪切模量估算的不足。

SO-FDTD法计算磁化等离子体层的反射透射系数

从磁化等离子体的介电系数张量出发,推导出电磁波垂直入射磁化等离子体层且背景磁场沿入射方向情况时的移位算子(Shift operator,SO)FDTD迭代公式。应用该方法计算了磁化等离子体层的反射透射系数,其结果和应用传播矩阵(Propagation Matrices,PM)法及Appleton方程的计算结果符合得很好。最后,分析了背景磁场对磁化等离子体层中两个本征波即左旋和右旋波传播带的影响。

基于裂隙量测法的新立矿区工程岩体渗透性分析

新立矿区主要可采矿体分布于海底岩体中,查明矿区工程岩体的渗透特征对保障海底采矿安全具有十分重要的意义。在综合分析新立矿区水文地质工程地质特征的基础上,以现场调查的岩体结构面几何数据为基础,开发了渗透系数张量计算程序,计算了岩体综合渗透系数,根据前期的压水试验结果修正了计算结果,修正后的结果表明矿区-105,-135水平工程岩体整体上呈弱透水性,局部呈微透水性,-165水平岩体整体上呈微-弱透水性;岩体渗透性随深度的增加而降低。

裂隙花岗岩各向异性蠕变特性研究

由于岩石的非均质性、裂隙的存在以及所处地质环境的复杂性,岩样在蠕变破坏过程中通常表现出各向异性的特点。为了描述岩石的这种各向异性蠕变性质,在经典弹黏塑性理论的基础上,提出黏塑性流动系数张量表达式,建立岩石各向异性弹黏塑性蠕变模型,将该模型嵌入到三维弹塑性细胞自动机模型中,开发岩石蠕变过程分析的三维弹黏塑性细胞自动机模拟系统(EPCA3D-EVP),建立非均质岩石蠕变破坏过程的分析方法,该方法通过常规三轴数值试验来确定细观单元的强度和变形参数,通过蠕变试验确定其黏塑性流动系数,克服岩石力学模拟中"数据有限"的瓶颈问题,并通过对甘肃北山核废物地下处置候选场址的裂隙花岗岩三轴蠕变试验验证该模型和分析方法的正确性,合理地描述裂隙花岗岩在渗流–应力作用下产生各向异性的宏观现象。

采场岩体边坡渗流的裂隙控渗特征

裂隙岩体的渗透特性实质上是裂隙水力学问题,裂隙控制着岩体的渗透特性。大多数矿山岩体边坡,由于岩体裂隙发育较为密集,最大裂隙间距或平均裂隙间距与边坡的尺寸(通常高数百米)相比,一般都很小,流场区域体积远大于典型表征体单元REV体积,因此采用等效连续介质模型是合理的,并且能反映裂隙各向异性渗透特征对渗流场的控制和影响作用。实例分析表明,裂隙分布形式影响着裂隙岩体的渗透系数张量;裂隙分布影响着裂隙岩体边坡的渗流场分布,自由面等势线形态和剖面等势线形态明显受裂隙发育方位的影响,自由面等势线的展布方向趋向裂隙发育优势走向,剖面等势线的展布方向趋向裂隙发育优势倾向。因此,采场岩体边坡渗流的基本特征是裂隙发育对渗流的控制性。