基于FLAC^3D的饱和-非饱和渗流场初始化方法

建立与真实状态相近的初始渗流场是正确分析边坡降雨入渗的重要前提。鉴于目前FLAC^3D中的饱和-非饱和渗流场初始化方法寥寥无几,提出并详细介绍了饱和-非饱和渗流场初始化的设置方法。根据5种分布形式的基质吸力,按照其基质吸力线性分布和非线性分布规律提出了2种对应的初始化方法:对于线性分布的基质吸力运用MIDAS建模和FLAC^3D内置FISH语言进行渗流场初始化设置;对于非线性分布的基质吸力,用函数来表示其复杂几何形态的地下水位面具有一定的难度,不适合大面积推广应用,将地下水位面简化成一平面后,可利用FISH语言编程进行渗流场初始化设置。通过与常规渗流场初始化方法的计算结果对比,初始渗流场对边坡降雨入渗最终计算结果有较大影响,初始渗流场与真实状态越相近,其计算精度越高。

土质边坡非饱和渗流及其稳定性研究

为研究降雨过程及雨停后土质边坡整体渗流场及稳定性变化情况,运用FLAC^(3D)软件对其进行数值模拟分析,并采用室外降雨模拟试验验证模拟结果。研究结果表明:降雨入渗过程中从坡脚开始破坏,主要表现为浅层滑动;降雨停止初期,雨水会继续下渗,湿润峰深度持续下移,安全系数仍有下降的趋势;雨停中后期,随着土体水分的减少,安全系数开始回升;降雨强度与坡度的增大对边坡稳定性不利。研究结论为解决非饱和土流-固耦合问题提供新思路。

非饱和渗流分析在FLAC3D中的实现和应用

基于FLAC3D内置的FISH语言,对其渗流模型进行了扩展。将实验室测得的原状黄土土水特征曲线,利用MATLAB实现了参数拟合。将拟合参数编写为子程序,在每步渗流分析中加以调用,从而实现非饱和土的渗流模拟。利用该方法与有限元法分别模拟3种边界条件下的一维入渗问题,并比较模拟结果。经验证,结果吻合。其结果对研究非饱和土理论及扩展FLAC3D在非饱和土数值计算方面的应用均具有一定的意义。

基于Flac3d的渗流作用下某尾矿库稳定性分析

本文利用Flac 3D有限差分软件建立数值分析模型,结合强度折减法,分析云南某尾矿库在渗流—应力耦合作用下的稳定性。结果表明:对尾矿库施加30min1,472.4cm3/h点暴雨之后,其安全系数为1.035,尾矿库初期坝存在倾覆的风险;对尾矿库增设扶墙后,计算得出的安全系数为1.15,尾矿库处于稳定状态;在排渗孔和扶墙的联合作用下,尾矿库的安全系数达到1.26,进一步增加了尾矿库稳定性。

基于应力-渗流耦合的保护层开采瓦斯渗流特征数值研究

保护层开采改变了围岩应力分布状态,引起煤体内裂隙发生收缩或膨胀,导致煤体渗透率发生改变。本文以平煤集团某矿煤层群为研究对象,利用数值软件Flac3D建立保护层开采应力-渗流三维数值模型。根据保护层开采后不同位置处应力分布特征将采场沿纵向划分为"全应力卸除区"、"竖直应力卸除区"、"应力集中区"和"原岩应力区"。分析了不同区域内瓦斯渗流特征,研究结果为被保护层卸压瓦斯治理提供了理论指导。

考虑流-固耦合的天然气盐岩储库渗流特性研究

根据我国油气储库多为层状盐岩的实际情况,基于流-固耦合分析理论,利用快速拉格朗日有限差分法对层状盐岩储库的渗流特性进行分析。研究了含夹层盐岩天然气储库流-固耦合效应,不同内压下的体积应变与围岩渗透率变化,围岩塑性区分布以及渗流量与渗透压力的变化规律。结果表明:渗透率与体积应变的关系可近似采用线性函数描述,体积应变增大时,盐岩内部空洞和裂隙扩大,使盐岩渗透率增大;在某个渗流压力(洞室内压)条件下,随着盐岩的流变变形,渗流量会趋于某一定值,渗流达到稳定状态。在天然气内压与围岩应力共同作用下,储库围岩塑性区扩展深度随着内压的增大而减小,研究结果对盐岩储气库的安全运行具有一定的指导作用。

地下水源热泵回灌非饱和渗流淤堵分析

回灌堵塞分析基于饱和土的渗流研究较多,而本文更偏向于非饱和渗流下的堵塞分析。因此针对武汉地区水源热泵压力回灌困难的问题,运用非饱和土VG模型,结合相关抽水回灌实例,对不同压力下的土体饱和度进行验算,并分析抽回灌量的变化,得出压力回灌会加大气相因素的涉入,一定程度上可发生非饱和渗流。在气相堵塞的基础上,进一步产生"非饱和堵塞"。另外利用FLAC3D数值模拟软件进行模拟,把压力回灌的孔压场与非饱和渗流孔压场进行对比,验证非饱和堵塞形成过程中孔压场的变化,并且得出回灌井周围发生非饱和渗流的区域,提出前后期清淤的不同措施建议以及分段堵塞的研究新思路。

花岗岩残积土边坡强降雨入渗特性研究

花岗岩残积土边坡在强降雨条件下,容易发生浅层土体溜坍、垮塌等水毁灾害,而边坡浅层土体降雨入渗特性对其产生机理及过程、规模起着关键性作用。文章建立了坡角为50°的三维边坡流-固耦合数值模型,完成了暴雨条件下的饱和-非饱和渗流分析,得出了强降雨入渗特征及基于此的边坡稳定特性。结果表明:随降雨历时的变化曲线上突变点。

考虑水文效应的不同植被根系护坡效果数值分析

为对比不同类型植被根系在降雨条件下对坡体内水分运移影响和浅层固土效果,基于FLAC^(3D)软件的FISH编程模块进行二次开发,对间隔降雨大暴雨工况下3种不同植被类型根系固土边坡和未加固边坡分别进行数值计算,并与离心模型试验结果进行对比。结果表明:植被根系能够很好地阻止水分渗透,起到固土作用。heart根型加固边坡与素坡(未加固边坡)的水分运移规律截然不同,素坡表现为近坡表侧水分渗透速率快于远坡表侧;heart根型蒸腾作用最好,但plate根型两翼宽大更能抵抗浅层雨水冲刷与渗透,总的来说,heart根型最能减少坡体内部水分;tap、plate和heart 3种根型加固边坡最大水平向位移百分比分别减小52.22%、73.68%和70.24%,综合来看,heart根型更能减小内部位移,固土效果最好;数值模拟结果与降雨离心模型试验结果拟合趋势较好,验证了开发程序的正确性与有效性。研究成果为考虑更多工况与更复杂根型的模拟奠定了基础。

强降雨条件下高填方土石路堤稳定性数值模拟研究

借助非饱和渗流的相关理论知识,使用FISH语言对FLAC3D软件进行二次开发。对渗透系数与渗流边界进行修正,利用Mohr-Coulomb强度理论完成非饱和渗流分析模块的开发,利用geometry命令对每个渗流时间步的入渗量进行更新,完成了降雨入渗模块的开发。以北京-秦皇岛高速公路遵化至秦皇岛段为研究对象,使用3D造型软件Rhino与FLAC3D软件建立符合实际尺寸的高填方土石路堤三维计算模型,输入抗剪强度随饱和度变化的规律,对暴雨与极端暴雨工况下高填方土石路堤边坡的稳定性展开分析。发现在降雨过程中,随着降雨时间的延长以及降雨入渗深度的增加,雨水入渗能力降低。相较于暴雨情况,在极端暴雨情况下边坡发生破坏所需要的降雨时间较短,入渗深度较小,滑坡体也比较小,会发生层层脱落的现象。

近陷落柱深埋巷道掘进突水灾变演化规律研究

为研究深埋巷道掘进侧穿通过陷落柱时的突水灾变规律,以东庞井田2903工作面回风顺槽为研究对象,基于围岩应力-损伤-渗流耦合模型,采用FLAC3D软件研究了巷道掘进过程中陷落柱周边岩体位移、塑性区、渗透率以及涌水量的时空演化特征。在此基础上分析了不同陷落柱水压、陷落柱与巷道最小净距对陷落柱突水规律的影响。研究结果表明:近陷落柱深埋巷道侧穿通过陷落柱时,其近陷落柱帮以及顶底板位移会往陷落柱方向大幅扩展,最终导致陷落柱与巷道之间岩体发生整体滑移失稳,引发严重的突水灾害事故;近陷落柱深埋巷道掘进过程中,其突水特征具有滞后性、突发性以及大体量性;陷落柱水压对邻近巷道岩体塑性区扩展与导水裂隙通道形成具有明显的诱导作用,当水压超过临界值时,陷落柱与巷道之间的岩体将被冲出,其涌水量呈现跃迁式增长;陷落柱与巷道最小净距越小,陷落柱向巷道内发生突水的时间节点就越靠前,其涌水量也相对越大。