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。

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。

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。

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。

基于非理想气体流动模拟的无烟煤纳米孔隙中CH4流动规律

基于沁水盆地南部无烟煤纳米尺度渗流网络模型,开展了考虑滑流、扩散、气体解吸/吸附和达西流动的CH4运移渗流物理仿真模拟,探讨了无烟煤纳米孔隙视渗透率和CH4的微观流动形态.研究发现,渗流物理仿真模型量化了滑流、扩散以及气体性质对视渗透率的作用,受CH4滑流和扩散的影响,无烟煤纳米孔隙的视渗透率大于达西渗透率.无烟煤纳米孔隙视渗透率与切向动量协调系数(β)、气体压力和孔径具有显著的负指数关系;Knudsen数(Kn)随气体压力降低和孔径减小,以非线性趋势增加,受其影响视渗透率表现为非线性气体压力关系;滑移系数则随β和气体压力的降低而升高.当β<0.1、气体压力小于等于8 MPa时,孔径为2~50 nm的中孔和孔径为50~100 nm的大孔中的滑流和扩散作用迅速增大,对CH4产出和煤层气开发效率至关重要.

The variational inequality formulation for unconfined seepage through three-dimensional dense fracture networks

The space block search technology is used to determine a connected three-dimensional fracture network in polygonal shapes,i.e.,seepage paths.After triangulation on these polygons,a finite element mesh for 3D fracture network seepage is obtained.Through introduction of the generalized Darcy's law,conservative equations for both fracture surface and fracture interactions are established.Combined with the boundary condition of Signorini's type,a partial differential equation(PDE) formulation is presented for the whole domain concerned.To solve this problem efficiently,an equivalent variational inequality(VI) formulation is given.With the penalized Heaviside function,a finite element procedure for unconfined seepage problem in 3D fracture network is developed.Through an example in a homogeneous rectangular dam,validity of the algorithm is verified.The analysis of an unconfined seepage problem in a complex fracture network shows that the proposed algorithm is very applicable to complex three-dimensional problems,and is effective in describing some interesting phenomenon usually encountered in practice,such as "preferential flow".