岩石边坡渗流破坏的数值流形方法模拟

通过对岩石边坡中的裂隙水对岩石边坡裂隙作用的力学原理进行分析的基础上,提出了数值流形方法中对裂隙水渗流作用的计算方法,并在原有考虑裂纹扩展的数值流形方法程序中加入了考虑裂隙渗流的子程序.最后利用综合考虑渗流与断裂的数值流形方法程序对含初始裂隙的岩石边坡在渗流作用下的破坏过程进行了模拟.模拟结果再现了原始裂隙在渗流作用下的扩展路径及所形成的切割块体在自重作用下的运动过程,与边坡的实际破坏模式基本一致.     

耦合渗流-变形的数值流形法裂隙岩质边坡稳定性分析

岩石裂隙渗流问题作为影响岩石边坡失稳的重要因素吸引了越来越多研究者采用不同的数值方法模拟其力学行为。提出了一种基于渗流-变形耦合模型的数值流形方法,并相应地讨论了岩体裂隙网络中地下水的流动、渗透压力和岩石变形的耦合效应。基于最小能量原理,分别推导渗流条件下单元边界流体压力和系统的整体平衡方程,以及块体接触算法求解任意岩石裂缝的局部安全系数。通过一系列验证实例对所提出的数模模型进行检验,验证了该数值模型的鲁棒性和有效性。利用该方法模拟了一个岩石边坡由于渗流作用而发生的坍塌事故,再现了岩石边坡的破坏过程。模拟结果表明,过大的水力压力导致垂直裂缝张开,增加岩体变形量,最终导致边坡破坏。研究表明,该方法在模拟大规模工程问题方面具有很大的潜力。     

层状岩石边坡倾倒破坏过程的数值流形方法模拟

层状岩石边坡的倾倒破坏是岩石边坡失稳破坏的主要形式之一.本文利用数值流形方法对一层状岩石边坡的倾倒破坏过程进行了模拟.模拟结果表明:在不考虑块体间粘结力的情况下,块体间的摩擦角决定着岩石边坡的稳定性.随着摩擦角的增加,块体间的摩擦系数增大,岩石边坡的稳定性增强,并出现相应的滑动区、倾倒区和稳定区.模拟结果与相应的理论预测结果相吻合.     

裂隙特征对岩石渗流特性的影响规律研究

裂隙是油气储层主要的储集空间及流体渗流通道,影响油气的运移规律,是油气勘探开发的重要指标。以冀中坳陷任丘油田任10井为例,运用数值模拟方法研究了裂隙开展宽度和裂隙面粗糙度对岩石渗流特性的影响规律。研究结果表明,(1)裂隙开展宽度较小时,孔隙内流体压力仅在入口处小范围内呈扇形分布,裂隙中压力分布曲线呈正切函数型,流体流速在裂隙和孔隙中都较小;随着裂缝开展宽度的增加,孔隙内流体压力逐渐增大,裂隙中压力分布曲线逐渐向直线型转变,流体流速在入口处先减小后稳定,在裂隙中先增加后稳定;(2)裂隙面粗糙度对裂隙岩石渗流特性的影响与裂隙开展宽度有关,在裂隙开展宽度较大时,裂隙面粗糙度对流体压力的分布影响较大;随着裂隙面粗糙度增大,孔隙内流速逐渐增大,而裂隙中流速逐渐减小;(3)随着裂隙开展宽度的增大,影响裂隙流体流动的主控因素逐渐由裂隙开展宽度转变为裂隙面粗糙度。     

考虑卸荷作用的裂隙岩体渗流应力耦合研究

大量试验证明,裂隙岩体在加载和卸荷的条件下其渗流与应力特性是不完全相同的。近年来,加载条件下的裂隙岩体渗流应力耦合研究得到了长足的发展,但卸荷作用下的水岩耦合分析还处于初始阶段。基于现有裂隙变形曲线的研究结果,建立了渗透系数与卸荷应力、应变间的本构关系,在此基础上,根据算例分析了各种工况下的渗流和应力特征,其计算结果表明,考虑卸荷后应力场的改变增加了临近坡面的岩体渗透系数,降低了地下水浸润线,增加了边坡的稳定性;考虑渗流后,边坡的位移场和应力场有较大改变,但考虑耦合后位移和应力分布和大小与不耦合时的相差不大;边坡开挖后应力场改变对渗流的影响远大于渗流对位移、应力等的影响。     

随机裂隙岩体渗流-应力耦合分析的块体单元法

视岩石裂隙为一种“充填介质”,进而将有填充物和无填充物的裂隙统一处理,推导了裂隙面的刚度系数、导水系数和法向应力之间的关系式。在此基础上,根据块体单元法的应力、渗流分析的基本原理,即认为岩块为刚体、变形集中发生于裂隙面,假定岩块不透水、渗流仅通过裂隙面进行,并考虑了法向应力和裂隙面刚度、导水系数的关系式,运用两场交叉迭代法,提出了三维随机裂隙岩体渗流与应力耦合分析的块体单元模型。编写了相应的Fortran程序,该程序将块体元的应力、渗流两个分析模块整合在一起,计算效率较高。该模型的最大优势是能考虑大规模复杂的节理、裂隙,且前、后处理简单。通过沙沱重力坝的分析,验证了方法的准确性和有效性     

渗流应力耦合作用下顺倾向层状边坡各向异性渗流特征数值模拟

渗流场与应力场耦合作用下边坡渗流规律对研究边坡稳定性至关重要,应用基于等效连续介质模型和Louis经验公式建立的各向异性岩体渗流应力耦合模型,对顺倾向层状边坡的各向异性渗流规律进行了模拟分析。研究表明：顺倾向层状边坡中水位降深随结构面倾角θ的增大先升高、后降低,呈现两头低、中间高的形态,且越靠近溢出点,结构面倾角对水位降深影响越大;θ约为42°时水位降深最大,潜水面最低,同时渗透各向异性系数达到最大值;顺倾向边坡岩层产状一定时,随着埋深的增加,岩体渗透各向异性系数逐渐减小,裂隙控渗特征由显著到逐渐变弱,表现出向各向同性渗流过渡的趋势。     

渗流-化学溶解耦合作用下岩石单裂隙渗透特性研究

为揭示在渗流-化学溶解耦合作用下单裂隙渗透特性的变化规律,建立了描述二维渗流-化学溶解耦合作用的偏微分方程组,并利用COMSOL Multiphysics软件成功地求解该方程组。首先,模拟了文献[1]中的盐岩渗流-溶解耦合渗流试验结果,数值模拟结果与试验结果较为吻合,验证了数学模型的正确性和有效性。然后,利用分形理论生成了一个粗糙的裂隙面数字模型,着重分析了二维石灰岩粗糙裂隙面在水流、矿物溶解和输运过程中其渗透特性的变化规律。数值分析显示,（1）溶质浓度对裂隙面的溶解具有非常重要的作用,从而水流进口端的溶解厚度比出口端大得多。（2）裂隙的整体渗透性在初始时刻增加较慢,随着裂隙开度的增大和贯通,溶解速度会逐渐增大,是一个加速的过程。     

裂隙岩体应力与渗流关系研究

本文讨论了裂隙岩体中应力与渗流之间的关系，提出了考虑岩体中应力作用的方向性的应力与渗流关系式、透压力与裂隙变形的关系式以及裂岩体尖力场与渗流场耦合模型。     

泄洪雾雨区裂隙岩质边坡饱和-非饱和渗流场与应力场耦合分析

岩质滑坡除与地质条件、降雨等因素有关外,泄洪雾雨也成为其不可忽视的催化剂。通过裂隙岩体渗透性与应力关系,裂隙岩体的弹塑性本构关系以及渗流场的控制方程,建立起饱和非饱和渗流场与应力场耦合的等效连续介质模型。编制了有泄洪雾雨影响的饱和-非饱和渗流与应力耦合三维有限元程序,通过迭代求解达到两场耦合目的。以实际工程为例,根据边坡的地表信息、开挖信息、岩层分界信息以及排水洞和帷幕信息等,建立起边坡地质模型。通过耦合计算,详细分析了耦合后边坡岩体的变形、应力以及塑性区等。计算结果表明,雾雨区的边坡稳定与渗流场变化有着重要关系,在评价边坡稳定与否时,要考虑渗流场对其影响。计算成果为实际工程的安全评价提供了一定的科学依据。     

边坡治理工程的数值模拟研究

边坡作为地质体，往往具有复杂的结构和地质力学特征，这些特点在一般的边坡治理工程设计中往往难以全面反映。本文结合实际工程，介绍了在较全面考虑边坡质体上述特性的前提下，采用数值模拟方法对边坡治理工程所进行的方案论证和设计优化。     

双层结构岩质边坡的滑带扰动厚度计算方法研究

双层结构岩质边坡进行稳定性评价通常可以实现,但合理确定滑体引起的滑带扰动厚度却比较困难。根据能量法原理,可以推导得出上部硬岩滑体的能量法稳定系数上限解计算公式。进一步按照能量平衡方程,综合考虑滑体、滑带在重力作用下所做的外力功率,以及滑带产生的内能耗散,推导得到了计算滑带扰动厚度的解析公式。在分析典型算例基础上,提出了滑带扰动分带的概念,并将滑带按照扰动程度分为剧扰动带、强扰动带、中等扰动带、弱扰动带和微扰动带。对于双层结构的岩质边坡进行加固治理时,其治理的深度范围应该大于微扰动带的底面。     

中梁水库蓄水影响岸坡变形破坏数值模拟分析

本文在综合分析岸坡工程地质条件的基础上,利用离散元数值模拟分析软件UDEC建立计算模型,对岸坡体在蓄水前、后两种瞬态工况下的应力场、应变场、变形（位移）情况以及塑性区分布情况进行了深入分析; 同时利用GeoStudio软件Seep模块计算水位变动下岸坡体浸润线,并使用基于Sarma法原理的Slope模块耦合计算水位动态工况下的稳定系数变化。结果表明：蓄水前局部变形破坏,蓄水后前部及后部变形大,中前部坡体易发生整体失稳; 水位上升期间斜坡整体稳定性降低明显,下降期间整体稳定性微弱降低。     

岩体裂隙扩展过程的数值模拟

本文根据断裂力学理论及节理岩体的等效连续模型,探讨了岩体裂隙扩展过程的数值模拟方法,文末算例说明了方法的有效性。     

渗流对岩体高边坡位移的影响

根据渗流场和位移场耦合机理 ,结合某大型船闸工程 ,采用有限元法进行计算分析和对比 ,结果表明船闸在开挖过程中 ,渗流作用力对开挖边坡的稳定性影响很大。并指出对高边坡进行稳定分析时 ,正确考虑渗流作用力的影响十分重要。     

岩土力学数值模拟结果应用中应注意的问题

较系统地阐述了岩土力学数值计算结果应用中应注意的一些问题，指出数值计算结果虽然是定量的，但它们对实际问题的描述是滞具有定量性意义，则取决于对原型的研究程度和模型力学参数取值的可靠性，阐述了数值模拟中可能产生的计算误差，说明岩体破坏的相对性含义，指出综合运用各种分析方法的必要性。     

顺层岩质边坡开挖模型试验及稳定性影响因素分析

用地质力学模型试验方法,对顺层岩质边坡进行开挖破坏试验。同时在有限元分析的基础上,采用多层结构模型对顺层岩质路堑边坡稳定性的影响因素进行了分析。指出当边坡走向与岩层走向夹角超过30后,边坡发生顺层滑动破坏的可能性很小,基本上可不视为顺层边坡。同时也阐明了岩层倾角以及结构面抗剪强度对顺层岩质边坡稳定性的影响。文中结论可为顺层岩质边坡的科研、设计和施工提供参考。     

黄河李家峡典型岩坡变形破坏的水效应研究

黄河上游李家峡段高陡岩坡变形破坏受多种因素控制, 其中水的影响十分明显, 主要包括水的静态效应和动态效应两方面。本文从地下水的软化作用、库岸水压力或静水压力、孔隙水压力, 以及河流冲蚀、边岸再造、降雨引起的动水压力作用和水库泄水引起的动水压力作用等方面, 结合数值模拟手段分别研究了它们对岩坡变形破坏的影响程度和方式。     

不同渗流条件下无限斜坡稳定性分析方法探讨

顺层滑坡和冻土地区的浅层滑坡如融冻泥流和热融滑塌等，其斜坡深长比很小，一般属于无限斜坡类型，这类滑坡的形成往往与地下水的存在有关。本文应用有效应力原理推导了不同渗流条件下无限斜坡稳定性分析的计算模式，对各种不同表达形式的安全系数进行了讨论和对比，得出在流线平行于斜坡条件下。两类特殊条件(干土坡、饱水土坡)下的分析结果与相同情况下安全系数统一式结果相一致的结论；流线为相互平行的水平线、流线与坡向一致两种情况分别为孔晾压力和安全系数的两种特例。     

反倾岩质边坡变形特征的三维数值模拟研究--以龙滩水电站工程边坡为例进行三维变形特征分析

以龙滩水电站工程边坡三维变形为例,分析了层状反倾岩质边坡当边坡与岩层夹角变化时,边坡的变形特征。并通过数值模拟根据变形曲线对不同范围边坡与岩层走向夹角的变形特征进行了定性描述。