岩体多重裂隙网络渗流模型研究

将岩体中的各种裂隙和孔隙按规模和渗透性分为4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和四级连续介质体系。各级裂隙(孔隙)都形成各自的裂隙网络,并以水量平衡原理为基础建立各级裂隙网络之间的联系,组合形成岩体多重裂隙网络渗流模型,从而较全面地反映了地下水在岩体中的运动规律,并进行了工程实例分析。      

岩体裂隙系统渗流场与应力场耦合模型

岩体系统具有复杂的结构。一般认为，岩体系统是非均质各向异性不连续的多相介质体系。当岩体以裂隙为主，且其分布较密集时，可将岩体系统看作等效连续多相介质体系。本文运用等效连续介质理论，提出了两种岩体裂隙系统渗流场与应力场耦合模型：一是以渗透水压力与隙变形关系、应力与渗透系统数关系为基础，建立渗透系数张量计算公式，进而建立等效效连续介质渗流为数学模型。以裂隙岩体应变张量分析为基础，建立裂隙岩体效应力张量     

裂隙网络分维及其与渗透率的关系

在前人裂隙网络水实验室试验的基础上,依据分形理论对裂隙网络复杂系统进行简单的统计分析,获得定量描述这一复杂体系的特征值——分维,并查明它与裂隙网络渗透率之间的关系。从计算结果可以看出,裂隙网络(指有效裂隙网络)的分维值与渗透率之间存在明显的正相关关系,这有可能为裂隙网络渗透率的定量评价提供一个简单而又实用的方法。      

裂隙岩体流固耦合双重介质模型的有限元计算

基于孔隙-裂隙岩体的双重孔隙介质流固耦合计算的微分方程,利用伽辽金有限元法提出的相应有限元公式,并基于岩体分类指标（RQD,RMR）提出了与岩体应力状态相关的渗透系数计算公式。编制了相应的有限元程序并给出了应用算例,将计算结果与相关文献作了比较,得出相关结论。     

基于离散裂隙网络模型的裂隙水渗流计算

离散裂隙网络模型(Discrete Fracture Network（DFN）)是研究裂隙水渗流最为有效的手段之一。文章根据裂隙几何参数和水力参数的统计分布,利用Monte Carlo随机模拟技术生成二维裂隙网络,基于图论无向图的邻接矩阵判断裂隙网络的连通,利用递归算法提取出裂隙网络的主干网或优势流路径。基于立方定律和渗流连续性方程,利用数值解析法建立了二维裂隙网络渗流模型,分析不同边界条件下裂隙网络中的流体流动。结果表明,该方法可以模拟区域宏观水力梯度和边界条件下,裂隙网络水力梯度方向总的流量,以及节点的水位、节点间的流量和流动方向的变化特征,为区域岩溶裂隙水渗流计算提供了一种实用、可行的方法。      

随机连续模型分析裂隙岩体耦合行为

利用能够反映岩体水力性质空间变异特性的随机连续模型对隧洞开挖过程中的裂隙岩体渗流-应力耦合过程进行了数值分析。随机渗透系数场通过顺序指示模拟方法生成。顺序指示法是一种非参数地质统计学技术,他允许输入任何形式的渗透系数概率分布而不需要对分布做任何假设。由随机模拟生成的渗透系数场被投影到有限元计算网格中进行耦合分析。力学响应使用基于连续介质的节理本构模型来反映岩体中软弱面的影响。结果表明,随机连续模型能够较好地预测裂隙岩体的稳定入渗率,水力性质的空间变异性对裂隙介质的耦合过程起着重要作用。在不排水条件下,隧洞每次开挖开始时,由于岩石应力重分布,孔隙水受到扰动,短时间内不能流动平衡,因此孔压会迅速上升,这对于围岩稳定是不利的。     

岩体水力学基础(五)——岩体渗流场与应力场耦合的裂隙网络模型

岩体是由裂隙和其间的岩块组成。当岩块处于近乎隔水状态时，岩体中的渗流可看作为裂隙网络流。本文通过分析岩体裂隙网络渗流场、应力场以及它们之间的相互力学关系，提出了岩体渗流场与应力场耦合的裂隙网络模型及数值计算方法。     

胶东东部米山断裂变形带应力应变分析及其控矿特征研究

米山断裂是一多期变形的断裂。早期以韧性变形为主，后期以脆性变形为主，断裂变形具有准对称性，西盘变形强度大于东盘变形强度，变形强度决定了断裂带的蚀变及矿化特点。蚀变的分带结构与断裂的不同的矿化特征都与断裂的变形有关。因此，米山断裂的成生与发展，对胶东东部的成岩成矿具有重要作用，它控制了燕山早期花岗岩的侵入。韧性变形作用是金矿成矿的必要条件。     

阿尔泰大型剪切弧形推覆构造系及其应变恢复

海西中晚期阿尔泰造山带中发育了一系列剪切弧形推覆构造系,平面上呈弧形,剖面上呈叠瓦状背驮式由北东向南西斜—逆冲,其成因是斜向的壳内叠积及受早期类拗拉谷楔形构造和斜—逆冲下盘边界的联合影响,喜马拉雅期推覆系重新复活。应变恢复表明现长为50Km的剖面其原长最小为266.7Km,最小缩短量为216.7Km,海西早期类拗拉谷的最小宽度为170Km,应变恢复结果与斜—逆冲模式一致。     

沉积盆地异常超压与岩石破裂耦合动力学模型综述

在回顾沉积盆地异常超压成因机制模型基础之上，讨论了构筑其模型的基本要素：封盖（层）的渗透率和化学增压的耦合，并通过动力学分析给出了异常超压与岩石破裂的耦合过程引起压力封礅箱内破裂一泄压－愈合－增压作用的动力学状态判据。     

大型岩质滑坡地震变形破坏过程物理试验与数值模拟研究

以汶川地震触发的大光包岩质滑坡为例,结合野外现场调查,以其地质结果为背景,建立起破坏前的物理模型和三维数值模型,利用振动试验台和数值计算方法对滑坡变形破坏过程进行了研究。物理试验与数值模拟方法相互验证,取得了较为一致的结果。研究结果表明: 该滑坡的破坏模式为坡体顶部与中部拉张贯穿破坏中部沿层面滑移前缘剪切破坏,中部拉裂缝与主滑面首先形成滑动边界,前缘首先滑出; 滑坡变形过程中的加速度与速度响应研究表明其放大效应明显。同时,通过对比基岩与滑带加速度与速度放大系数,显示了结构面对斜坡变形破坏过程的控制作用。     

印度—欧亚板块碰撞变形区的大地震时空分布特征与迁移规律

印度板块与欧亚板块在新生代期间的持续碰撞和挤压过程导致亚洲大陆发生了强烈的弥散式板内变形,并形成了一个以贝加尔湖为顶点,以喜马拉雅带为底边的近似三角形的变形区与强震活动区,即新-藏三角区。基于固体刚塑性变形平面结构,结合滑移线场网络模型,对该区历史强震活动的大范围离散式空间分布特点进行了分析解释。结合1505-1976年以来历史强震空间迁移的实例,归纳了该区历史强震活动与地震应变释放从印度板块边界→新-藏地块→两侧大陆的顺序性及定向性迁移特征,并根据对地震空间迁移规律的认识,进一步探讨了区域未来强震危险性问题。结果显示,从2000-2018年间,印度板块边界和新-藏三角区已多次发生M7.9~9.1大地震,但其东、西两侧的区域大陆地区却异常平静,没发生过7级以上大地震。依照区域强震活动的顺序性迁移特点,推测在未来几到几十年,亚洲大陆东部与中部以及喜马拉雅带东段等区域的大地震危险性较大。      

冻融与动载耦合作用下路堑边坡变形机制研究

川藏铁路穿越区地质、气候、环境等条件复杂,其建设及运营期间将面临着大量尚未解决的科学技术难题。针对高寒山区岩体在遭受长期冻融循环作用,且耦合长期列车动载作用,岩体的损伤演化规律,及其对路堑边坡应力状态及变形趋势的影响,将是川藏铁路减灾防灾急需解决的关键问题之一。基于此,本文通过实测数据分析,得到交通振动传播规律,即随距离轨道越远,速度峰值越小,同时竖向速度大于水平方向,基于此建立Z向等效荷载模型;通过室内岩石冻融循环试验,发现随冻融次数增加,岩石峰值强度、弹性模量均产生明显弱化现象,如峰值强度、弹性模型降低,压密段变长。对比PFC^2D数值模拟分析,可见：在早期冻融阶段,边坡变形主要以竖向位移为主,随着冻融循环次数增多,边坡水平位移增加量大于竖向;冻融与动载耦合条件下,加速边坡水平变形,易发生边坡破坏失稳。研究成果可为川藏铁路及类似工程运营期边坡风险防控提供一定的科学依据与理论支撑。     

甘肃甘谷裂隙泥岩剪切蠕变行为及其修正模型研究

岩石在长期荷载作用下表现出典型的蠕变特性,裂隙泥岩在长期荷载作用下的力学性质不同于完整岩石。对甘肃甘谷赵家窑滑坡钻孔取芯的裂隙泥岩开展剪切蠕变试验,探讨轴向压应力、预制裂隙长度等因素对试样剪切蠕变特征的影响。试验结果表明:轴向荷载和裂隙长度对试样剪切蠕变特征有明显的影响。轴向压应力越大,试样剪切蠕变变形越不明显;裂隙越长,试样剪切蠕变变形越显著。应力较低时,如Cvisc模型等蠕变模型能够较好反映泥岩的蠕变力学特性。而在加速蠕变阶段,大多数模型却不能准确体现泥岩蠕变曲线的非线性变化。改进的西原模型克服了传统模型不能对非线性蠕变特征进行描述的缺点,且模型参数较少,能较好地适用工程软弱岩体。不同载荷作用下泥质软岩试样剪切蠕变过程中,裂隙泥岩剪切破坏带形成表现为渐进与突发相结合。泥岩的剪切蠕变力学模型可解释泥岩滑坡的多种现象,边坡潜在滑移带内泥质软岩发生的剪切蠕变则是泥岩滑坡的内在诱因。     

裂隙-岩石格架系统中二相流的耦合模型

针对某些地质条件导出了离散双重介质二维二相流耦合微分方程,对方程中的渗透率和裂隙宽度进行了Karhunen－Loeve级数展开,对其他参数进行了多项式随机函数的级数展开,同时对截取级数前有限项所产生的误差作了分析．在求解基本未知量的同时也能求解随机变量的特征数。     

复杂开挖条件下大断面洞室围岩的变形及力学特性研究

大型地下洞室的开挖施工往往面临复杂的地质环境以及复杂的施工程序, 研究这种条件下围岩的应力和变形规律不仅有助于进一步认识岩体的力学性质, 而且可以为大型地下工程的支护设计和施工提供重要的参考, 因而具有一定的实际意义。地下洞室的变形及稳定性问题主要集中于顶拱围岩, 以向家坝水电站地下厂房为例, 采用三维离散元程序3DEC, 研究了在复杂的开挖条件下洞顶围岩的位移和应力变化规律, 将计算位移与实际监测结果进行了对比, 提出适当的支护时机是系统支护滞后于掌子面约5 ~8 m。