复杂边界条件下的岩体网络渗流分析

初步建立了适用于岩体网络渗流分析的防渗帷幕和排水孔幕模拟方法，提出了复杂边界条件下渗流分析的边界预调整法，并通过算例表明所提方法是合理有效的。

岩溶地区岩体裂隙网络渗流分析

岩溶区由于其特殊的岩性,造成岩体裂隙非常发育,这些发育的裂隙很容易形成连通网络,在具有化学侵蚀性水流的作用下,裂隙通道被加宽,从而导致渗漏量增加。在岩溶区岩体裂隙发育特点的基础上对岩体裂隙网络进行了划分,用Monte-Carlo三维模拟技术模拟岩体裂隙的发育程度,同时也模拟出裂隙网络连通图,该图再现了优势裂隙的发育方向。在岩体节理网络的基础上,将各种裂隙和孔隙按规模和渗透性分为四级处理,即一级真实裂隙网络、二级随机裂隙网络、三级等效连续介质体系、四级连续介质体系,各级裂隙之间以水量平衡原理建立联系。然后采用多重裂隙网络渗流模型对岩溶区岩体裂隙的渗流进行分析。研究表明,将多重裂隙网络渗流模型应用于岩溶区坝基岩体渗流分析中,能够比较确切而直观的反映出岩溶区岩体裂隙系统渗流分布规律,对岩溶区水库的防渗和防腐蚀措施具有重要的指导意义。

三维任意裂隙网络渗流模型及其解法

首先,分析三维裂隙网络渗流分析模型需解决的2个关键问题,即如何获得结构面网络相交形成的裂隙渗流通道、如何计算二维任意形态区域的渗流问题。采用全空间块体搜索(三维块体切割)技术,得到封闭块体的边界就是渗流通道,块体边界的连接关系就是渗流有限元计算节点的连接关系;块体边界的裂隙面(或临空面)由不同形态、不同数量的回路构成,将每个回路上的渗流考虑为二维连续介质渗流,在面的局部坐标系下,通过单纯形积分解决任意形态回路上的渗流问题。然后,根据计算节点连接关系,形成总体渗流矩阵和渗流控制方程后就可实现三维任意结构面网络渗流计算。最后,采用算例对理论分析过程和计算程序进行检验,并将三维结构面网络渗流分析结果应用到块体系统渐进失稳分析中。

岩体裂隙网络渗流自由面的确定方法

自由面包括潜水面和溢出面等。在地下水流分析中， 渗流自由面位置的确定至关重要。对于多孔连续介质渗流来说， 渗流自由面可用初流量法确定， 渗流自由面是一个连续的曲线；对于非连续的裂隙网络渗流来说，渗流自由面可用文中提出的迭代法进行，其渗流自由面是一个非连续的曲线， 即在裂隙处为潜水位， 在岩块处为承压水位。

润扬桥基三维裂隙网络渗流数值模拟

润扬长江大桥北锚碇是大桥关键工程,承担大桥悬索较大拉力。北锚碇的基础为花岗岩裂隙岩体,分布断裂和多组裂隙,基岩表部风化,上覆约45m厚的第四系松散沉积层,基坑开挖深度达48m,基坑内外水头差达47m。如何做好防渗和排水,对施工期的安全和施工质量至关重要。为此,采用离散裂隙网络渗流的三结构模型与连续介质渗流模型相结合,对北锚碇场区的地下水渗流进行了多种工况的数值模拟,为基坑防渗和排水设计提供了主要参考依据,其数值模拟结果已得到后来施工期实际资料的验证。

基于裂隙网络渗流模型的地下厂房涌水量预测

基于裂隙几何要素的统计特征,采用Monte-Carlo法随机生成裂隙网络系统,以裂隙交叉为节点、节点与节点间的裂隙为线单元,依据单裂隙立方体定律和质量守恒原则,构建了裂隙网络中水流运动数学模型,并求得了模型数值解,研制了岩体裂隙地下水流数值模拟程序。实例结果表明,该模型数值法可用于预测水工建筑物的涌水量,可供裂隙发育且具有一定规模的研究区域借鉴。

裂隙介质中的多重裂隙网络渗流模型

提出了多重裂隙网络渗流模型的思想 ,即按各种地质结构在空间的展布规模 ,将裂隙岩体处理成离散的主干裂隙网络系统、分支裂隙网络系统和可以概化的等效网络系统 ,认为裂隙介质由它们构成。为了突出主干和分支网络的特殊性 ,提出了节理单元模型并专门推导了节理单元的连续性方程。建立了多重裂隙网络渗流数学模型 ,并用一个简单的算例比较了它与传统模型在计算结果上的差异。

铀矿储层改造裂隙网络渗流模型参数优化研究

铀矿储层改造过程中,爆破是提高低渗透铀矿储层渗透率的有效手段之一,爆破参数设计优化是影响爆破效果的关键因素。因此,首先设计三因素五水平的正交数值试验,基于模拟结果确定储层改造中与岩层参数相适应的微差爆破参数,研究不同爆破方式对储层改造裂隙网络生成效果的影响规律,综合多角度评判储层改造裂隙网络的优劣。并进行不同注液压力模拟试验,量化储层中溶浸液流量随时间的变化规律。结果表明,在微差时间为5 ms、爆破荷载峰值压力为5 GPa、压力上升时间为150μs的爆破参数组合下,储层渗透流量改造效果最优。该研究拓展了对铀矿储层改造的认识,为未来相关研究提供了重要参考。

基于渗流理论的关键信息基础设施网络资产重要性评估方法

对关键信息基础设施网络资产重要度的评估是目前国家重点关注方向。针对当前网络资产重要性评估忽略业务链进而影响结果准确性和有效性的问题,本文基于网络业务供需关系构建“信息-物理-用户”3层耦合网络,提出一种基于网络渗流理论的资产重要性评估方法:在构建的耦合模型上应用改进的网络渗流理论,并结合节点渗流概率及节点的资源输送能力损失描述失效在网络中的传播,然后综合节点失效前后网络最大业务交付负载变化率与用户影响等级双重指标来区分节点的不同影响力。最后以电力行业为背景进行仿真实验,结果表明,本文方法具有较高的准确性,为网络资产的重要性评估提供了理论依据。

裂隙岩体三维渗流网络搜索及稳定渗流场分析

从实际工程结构面统计资料以及结构面本身渗流特性出发,结合逾渗理论分析裂隙岩体渗流网络的组成特点,研究三维块体切割技术与逾渗理论在裂隙类型分类上的相似性问题,进而在既有三维块体切割技术基础上增加渗流面阻水特性判断等模块,形成三维渗流网络搜索算法,解决三维渗流网络难以建立的问题。并在此基础上,根据Louis公式和广义达西定律编制裂隙岩体三维渗流网络搜索及恒定流分析程序3D-Network-Seepage.f90,用于裂隙岩体三维渗流网络构建与恒定渗流计算分析。然后,结合算例对该方法进行验证,结果表明:所提方法不仅能够生成客观、正确的渗流网络,还能准确地反映裂隙面水流的运动规律以及裂隙网络中实际水流的流动趋势,但该方法还有待于在实际工程中进行验证。

基于渗流网络的聚合物基柔性应变传感复合材料研究进展

基于渗流网络的柔性导电高分子复合材料具有制备简便、加工性良好、成本低、电学与应变传感性能可调等优点,是构筑柔性应变传感材料的重要方式,也是目前研究的热点。文中首先介绍柔性力敏材料的渗流网络、导电机理、性能参数及相关数值模拟,并详细介绍了逾渗曲线,然后总结了导电填料含量、形貌与维数、导电填料协同作用、填料与基体间的相互作用以及网络形态结构等因素对力敏性能的影响规律,最后展望了基于渗流网络的聚合物基柔性力敏材料的发展趋势。

短碳纤维填充HDPE复合体系的渗流网络与压阻行为

研究了短碳纤维 ( Short carbon fiber,SCF)填充高密度聚乙烯 ( HDPE)导电复合体系的渗流 ( Percola-tion)与压阻行为 ( Piezoresistive behavior,PRB) ,发现 SCF经物理接触而形成的导电网络是复合材料导电的根源 .体系的压阻行为呈现浓度依赖性 .受压时 SCF间隙的减小与渗流网络的局部破坏 -重建过程随填料浓度、载荷大小和力学循环次数的变化而变化 ,导致 PRB表现为电阻负压力系数 ( NPC)、电阻正压力系数( PPC)或两者兼有的现象 .讨论了体系 PRB的稳定性 ,发现由于 HDPE基体的塑性永久形变 ,电阻 -时间基线随着压缩循环的进行而发生漂移 。

渗流网络上的反常扩散

本文通过合理地引入反常扩散系数，以均匀的，各向同性的分形介质中的反常扩散方程为基础，推导出了存在等待时间幂律分布的ｄ≥２和ｄ〈２两种情况下渗流网络上的一般反常扩散方程。

渗流网络中马尔科夫过程的研究

本文主要研究了Zd上伯努利渗流开簇和网络的动态行为,得到了大数定理和大偏差定理等极限理论.由于不能直接在渗流开簇上定义马尔科夫过程,故本文在无序的渗流网络中定义了马尔科夫过程.并在此基础上研究了渗流网络中的马尔科夫链大偏差理论,并给出了大偏差定理的速率函数的显示表达.

核科技领域相关的若干复杂网络研究进展与应用前景

简要总结和评述了核科技领域相关的若干复杂网络的研究进展。这些复杂网络包括:强流加速器中传统的和混合的束流传输网络及其束晕-混沌的控制方法、核反应中连续渗流演化模型网络、全球核电站网络、化学反应网络、核能武器网络与网络作战中心、核辐射监测与反核恐怖网络和美国核武器综合系统网络等。最后,指出了网络科学的若干挑战性课题与应用发展前景。

离散裂缝网络模型与有限元方法在页岩气藏数值模拟中的研究

目前对砂岩单孔隙介质油藏的数值模拟理论和方法比较成熟,由于页岩基质和裂缝之间显著的物性差异以及页岩气的吸附规律使得我们无法继续采用单孔隙介质来对其进行气藏数值模拟研究,对于复杂而致密的页岩气藏,其理论基础还不完善,调研国内外页岩气数值模拟现状,搞清楚气水在页岩气藏中的渗流机理,建立此流动机制的页岩气藏的控制方程,并建立页岩气藏离散裂缝网络数学模型,探索页岩气藏离散裂缝模型的离散化方法,使用有限元方法求解离散裂缝网络模型,通过离散裂缝网络数值模拟方法优化页岩气藏地层参数和裂缝参数,并作出产能评价,这些方面对页岩气藏离散裂缝网络数值模拟研究的突破具有十分重大的实际意义。

交叉裂隙水流的模型实验研究

本文进行了大量交叉裂隙水流的模型实验，建立了交叉水流局部水头损失理论模式，通过模型实验结果与理论模式的相关性分析。

裂隙岩体三维渗流网络饱和/非饱和、非恒定渗流分析

采用离散裂隙网络模型研究裂隙岩体非饱和渗流问题,能够比较真实地反映裂隙网络中的实际渗流状态。目前,三维裂隙网络研究非饱和渗流存在2个关键问题,即渗流网络构建问题和渗流网络网格剖分问题。针对这些问题,通过改进现有三维块体切割算法、增加渗流面阻水特性判断等模块,形成裂隙岩体三维渗流网络搜索算法,为构建三维渗流网络奠定基础;将这些裂隙面片视为限定条件,利用限定Delaunay三角剖分技术就可解决因形态复杂而导致的网格难以剖分问题;根据非饱和渗透参数和饱和渗透参数的关系函数,利用伽辽金法建立裂隙网络饱和/非饱和非恒定渗流分析的有限元方程。经典型算例验证,裂隙网络中水流流动方向符合实际的流动方向,各测点达到稳态时水头计算值与实测水头值基本吻合,误差最大不超过1.07%。这表明,该方法不仅能够产生客观正确的渗流网络,还能够产生合理的计算网格;另外,计算结果所反映的水流变化规律能够比较准确地再现裂隙网络中实际水流的流动趋势和运动规律。

Determination of a Pore Structure Parameter of Porous Media by Analysis of Percolation Network Model

According to the simulation of nitrogen sorption process in porous media with three-dimensional network model, and the analysis for such a process with percolation theory, a new method is proposed to determine a pore structure parameter--mean coordination number of pore network, which represents the connectivity among a great number of pores. Here the 'chamber-throat' model and the Weibull distribution are used to describe the pore geometry and the pore size distribution respectively. This method is based on the scaling law of percolation theory after both effects of sorption thermodynamics and pore size on the sorption hysteresis loops are considered. The results show that it is an effective procedure to calculate the mean coordination number for micro- and meso-porous media.

核废料地质贮存岩体裂隙结构面几何特性参数分析

以前人对裂隙岩体几何结构的研究成果为基础 ,详细分析充分体现热效应的核废料贮存岩体裂隙结构面的几何特性 ,建立了温度作用下的裂隙密度计算关系式 。