岩溶裂隙介质的壳状渗透结构与矿山排水

壳状渗透结构是裂隙岩体的渗透特征,主要表现是岩体的渗透率按负指数函数随深度衰减。在矿山开采深度范围内,渗透率可以减小几个数量级。本文根据壳状渗透结构下的矿坑涌水规律和地下水压力分布特征,探讨矿区城市地下水环境保护问题     

岩体渗透结构类型的划分及其渗透特性研究

划分岩体渗透结构类型是水利水电工程地质勘察和渗透性评价的重要内容。从岩体结构的控渗作用出发,分析了控制岩体渗透特征的主要因素,即岩性、断裂构造、风化卸荷作用及岩溶作用;提出了岩体渗透结构类型的划分原则,即考虑岩体的各向异性特征。根据岩体的宏观渗透特征,即渗透介质及主要途径,将岩体渗透结构类型划分为5类:散体状渗透结构、层状渗透结构、带状渗透结构、网络状渗透结构、管道状渗透结构。结合工程实例,给出了小浪底渗透结构为层状及带状、三峡工程坝址区岩体渗透结构为散体状、网格状及带状。     

渗透系数衰减时矿坑涌水量与开采深度的关系

给出了在岩石渗透性随深度衰减条件下,二维稳定流巷道涌水量的解析解。对巷道涌水量与巷道位置深度的关系,不同水平巷道涌水量以及矿坑总涌水量随开采深度的变化关系进行了理论分析。最后用平顶山矿突水资料进行了验证。      

基于裂隙量测法的新立矿区工程岩体渗透性分析

新立矿区主要可采矿体分布于海底岩体中,查明矿区工程岩体的渗透特征对保障海底采矿安全具有十分重要的意义。在综合分析新立矿区水文地质工程地质特征的基础上,以现场调查的岩体结构面几何数据为基础,开发了渗透系数张量计算程序,计算了岩体综合渗透系数,根据前期的压水试验结果修正了计算结果,修正后的结果表明矿区-105,-135水平工程岩体整体上呈弱透水性,局部呈微透水性,-165水平岩体整体上呈微-弱透水性;岩体渗透性随深度的增加而降低。     

东胜煤田乌拉素矿区水文地质特征及充水因素研究

近年不断发生的突水事故,给煤矿安全生产带来严重威胁,研究矿区水文地质特征,分析矿井充水因素有重要现实意义。根据东胜煤田乌拉素矿区地质勘探和水文地质资料,对煤层开采导水裂隙带高度进行计算,结果表明:直罗组底部、含煤系地层的裂隙承压水含水层和上部煤层采空区内的积水,是煤层开采时矿井涌水的主要充水水源,矿井充水通道有断层裂隙带、封闭不良钻孔、采动导水裂隙带;其中导水裂隙带会将上部煤层采空区积水导通,使充水强度增大,矿坑涌水量增加。建议开采过程中要做到边探边采,探采结合,预防突水问题。     

煤矿突水危险区疏干涌水及其对地下水流场的影响分析

以鄂尔多斯盆地西南部某井田为研究对象,在煤矿突水危险性分析的基础上,构建煤层开采冒裂带波及上覆强含水层的矿井涌突水预测的地下水三维流数值模拟模型。预测结果表明,煤层开采形成的导水裂隙带是否导通强含水层以及导水裂隙带的渗透性能强弱,对矿井涌突水量以及地下水渗流场影响的差异较大;当导水裂隙带渗透系数小于0.001 m/d,基本为原地层的正常渗透水量;当导水裂隙带的渗透系数大于0.01 m/d,反映原地层遭受较大破坏,矿坑初期涌水为突水量,后期涌水接近稳定涌水量,涌突水对强含水层地下水降深以及流场都影响很大。     

隧道突涌水灾害防突厚度计算方法及适用性评价

将10余种常见的突涌水灾害防突厚度计算方法分类归纳,并与隔水岩体破坏和充填结构失稳两大类突涌水灾害类型对应统一。对于隔水岩体破坏型突涌水,按照力学模型和适用对象的不同将计算公式归类划分为完整岩体型与裂隙岩体型两类,改进了裂隙岩体三区模型的最小安全厚度计算公式,对比了不同工况下各个公式的计算结果,表明适用于完整岩体的三维岩柱剪切模型和适用于裂隙岩体的单裂纹扩展三区模型与工程经验公式一致性较好,具有更好的准确性和适用性。对于充填结构失稳型突涌水,颗粒受力启动适合于作为充填介质渗透失稳开始的标志,流体流态转变可作为失稳发生的临界判别标准。最后,文中对理论分析、数值模拟、模型试验与工程类比等方法的适用条件、判断标准与优缺点做了系统的评价,可为实际工程中监控物理量的选择、临灾状态的识别与灾害预警提供参考。     

裂隙岩体渗透结构类型分析

岩体的渗透结构控制着裂隙岩体的宏观渗透特征,而控制着岩体渗透结构类型的地质因素却是复杂多样。在实际工程岩体中,裂隙岩体的渗透结构通常是由基本渗透结构经过组合叠加而形成的复合渗透结构类型。本文通过野外调研和室内统计分析,总结了裂隙岩体中广泛存在的5种基本渗透结构类型及其4种组合形式的复合渗透结构类型及其渗流特征,分别归为Ⅰ-Ⅱ型、Ⅲ-Ⅳ型、Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型和Ⅰ-Ⅲ-Ⅳ型。并选择一工程实例,运用裂隙岩体复合渗透结构类型的分析方法,分析了西南某水电站主厂房和开关站边坡岩体的复合渗透结构类型以Ⅲ-Ⅳ型和Ⅰ-Ⅲ-Ⅳ型为主,更符合实际情况。     

对江苏沛县新庄铁矿区富水性规律的初步认识

江苏沛县新庄铁矿属于典型的矽卡岩类接触交代型铁矿,矿区主要富水含水层为奥陶系灰岩。分析了该矿区地下水补径排条件、矿区含水层特征及断层富水性特征,初步总结了该矿区富水性规律。认为矿坑涌水主要受上覆灰岩控制,其次受构造断层控制; 断层的涌水量受裂隙充填影响变化较大,增加了突水、透水的风险性,将直接威胁矿山的生产安全。总结该矿区富水性规律,可为国内相同类型矿山的前期勘查及后期矿床开采提供参考。     

岩溶水流方式与成矿作用关系探讨

本文通过论述管道流与扩散流两种主要岩溶水流方式的水动力、水化学特征与成矿的关系,论证水流方式在岩溶成矿作用中的重要作用。此外,通过分析两种水流的运移特点与矿床特征的关系,指出具浸染状、脉状的矿石结构构造和呈似层状、透镜状、脉状产出的矿体多与扩散流有关,具含砾纹层状、角砾状的矿石结构构造、和呈不规则状、囊状产出的矿体多与管道流有关;具不同形态矿体和不同结构构造矿石共存的矿体,则可由不同岩溶水流方式共同作用造成。      

砂泥岩裂隙岩体埋深和岩性对渗透性影响分析

采用表征岩体渗透性的单位吸水量ω为参数,有效地分析了砂泥岩裂隙岩体中相对埋深和岩性对渗透性空间分布规律的影响.研究区内,在不同深度单位吸水量的最大值和最小值相差3-4个数量级,渗透性表现出显著的随机特征.通过将压水试验数据离散化并在不同深度上取logω的平均值,凸现了渗透性的结构特征.ω均值在一定范围内随相对深度表现出负指数分布规律;剔除logω的线性趋势项后,logω残差表现出与地层内部岩性相对应的规律.此外,研究还发现,渗透性参数随相对深度呈负指数分布规律是由含裂隙的砂岩介质引起的.这些规律为裂隙岩体的渗流计算和模拟奠定了基础.文章所提出的对压水试验数据离散化并在不同深度取均值以找出渗透性和深度关系,以及去除线性趋势项研究渗透性和岩性之间关系等方法具有广泛的应用价值.     

一种基于地质指标的裂隙岩体渗透系数估算模型

裂隙岩体的渗透特性受控于裂隙的发育特征、连通特性和充填情况,并与岩体的地应力水平具有显著的相关性。基于裂隙岩体渗透性的影响因素,并考虑现有渗透系数估算模型的不足,利用钻孔压水试验和钻孔电视图像资料,建立考虑埋深(Z)、岩石质量指标(RQD)以及充填物指标(FSD)等3个指标的渗透系数估算ZRF模型,并应用到牙根二级水电站及其他工程区的渗透系数估算中。结果表明,与已有的渗透系数估算模型相比,ZRF模型较好地反映了岩体渗透性的影响因素,且模型参数物理意义明确,便于获取,对分析裂隙岩体渗透性具有一定的工程参考价值。     

基于COMSOL Multiphysics的非饱和裂隙土降雨入渗特性研究

基于COMSOL Multiphysics软件对非饱和裂隙土降雨入渗特性进行数值模拟研究。通过将裂隙和基质分别离散成有限单元,建立了能充分模拟土中裂隙流、基质流以及裂隙-基质流量交换的离散裂隙-孔隙介质模型。结合"空气单元"的概念,对裂隙土的上边界进行模拟。该方法不仅能描述降雨初期雨水沿裂隙优先入渗的现象,还能描述当降雨量大于裂隙土入渗量时雨水沿地表流走的现象。通过对地表以下2 m深度内低渗含裂隙土体进行模拟,分析了裂隙的几何特征、基质的水力特性、前期水分条件以及降雨强度对非饱和裂隙土降雨入渗过程的影响。结果表明,在非饱和裂隙土中,存在两个主要的渗流过程:一是水沿裂隙优先流动;二是水不断从裂隙吸入基质中,基质吸收水的作用抑制了裂隙中优势流的发展。与裂隙的几何特征相比,基质的水力特性对非饱和裂隙土渗流的影响较大。增大基质的饱和渗透系数可能使由裂隙流主导的渗流过程转变为由基质流主导的渗流过程,而基质的非饱和特性与裂隙土的初始含水率改变了土体的储水能力,从而加速或延缓了降雨入渗至某一深度的时间。降雨强度对土体入渗速率和入渗量均有影响,当超过裂隙土的入渗能力时,多余积水沿地表流走,断面入渗率随...     

黔西地区煤层埋深与地应力对其渗透性控制机制

基于黔西六盘水煤田和织纳煤田16口井36层次的试井资料, 采用地质统计分析等方法, 探讨了黔西地区煤储层渗透性的展布规律与地应力特征, 论证了煤层埋深与地应力对其渗透性的控制机制.研究表明, 研究区煤储层以特低渗-低渗透率储层(＜0.1×10-9m2)为主, 中渗透率储层(0.1×10-9~1.0×10-9m2)也占有相当大比例; 应力场类型在浅部表现为大地动力场型, 一定深度可能转化为准静水压力状态.煤储层渗透率及其埋深的负幂指数关系较为离散, 但在不同深度渗透率转折点与地应力场类型转变一致; 单井煤储层试井渗透率差异较大, 随地应力增大和埋深增加而降低, 平面展布受地应力强度控制由SW-NE具"低-高-低"发育规律.埋深对渗透率的控制实质是地应力的控制, 区域构造位置及其所处高应力场作用下的煤体形变与破碎致使孔裂隙压缩或闭合是该区渗透性差异的主要控制机制.      

Extreme rainfall characteristics for surface slope stability in the Malaysian Peninsular

This paper discusses the results of an investigation on the influence of rainfall intensity and duration on the suction distribution within a soil mass. A series of numerical analyses were conducted on an infinite slope model to simulate the responses of the slope consisting of typical soil types to various rainfall intensities and durations from selected locations in the Malaysian Peninsular. The study showed that the critical duration was governed by three major factors: the saturated permeability of the soil, the geographical location, and the depth of the slip plane. The critical rainfall duration for highly permeable soil was 1 day, while 30 days of antecedent rainfall were required for the stability analysis of a slope made of soil with low saturated permeability. The critical duration of antecedent rainfall in soils with intermediate saturated permeability was found to vary with the rainfall pattern. A chart is proposed to determine the critical duration, critical intensity and critical suction for each type of soil.     

低应力与覆水环境下单裂隙粉砂质泥岩渗流特性

为探究不同外部环境因素影响下浅层粉砂质泥岩边坡裂隙渗流特性,采用自主研发的岩体裂隙渗流试验装置,对含6种不同裂隙面粗糙度（JRC）的粉砂质泥岩裂隙试样进行渗流试验,研究了不同低围压和覆水深度下粉砂质泥岩裂隙渗流特性。结果表明：不同覆水深度及JRC下围压与粉砂质泥岩裂隙渗透系数均呈反相关,两者之间关系可用幂函数表征,且渗透系数的降低过程可分为快速降低（围压为0～30 kPa）和缓慢降低（围压为30～50 kPa）两个阶段,CT扫描结果验证了围压增大使得粉砂质泥岩裂隙开度减小是渗透系数随围压增大而减小的主要原因。随围压的增大或覆水深度的减小,不同JRC粉砂质泥岩裂隙渗透系数的离散程度逐渐减小。当围压增至最大,同时覆水深度最小时,JRC对裂隙渗透系数的影响将会被消除。不同围压下,粉砂质泥岩裂隙渗透系数与覆水深度呈正相关,且两者关系可用指数函数表征。推导出了粉砂质泥岩裂隙渗流非线性Izabsh模型,该模型能较好地反映低应力及低流速下粉砂质泥岩裂隙渗流量与压力梯度之间的非线性变化关系,但随围压的增大,该模型的相关性有一定程度的减小。     

蒲石河抽水蓄能电站上水库裂隙岩体渗透张量的确定

本文提出了一种既能反映裂隙岩体的渗透特性,又相对准确的确定裂隙岩体渗透张量的方法。首先通过裂隙在空间展布状况的测量,用统计学方法初步确定裂隙岩体的渗透张量,获得渗透主值及主方向,然后根据野外压水试验得到的岩体透水率,利用巴布什金公式计算各试段岩体的渗透系数,求出修正系数,从而得到研究区裂隙岩体的修正渗透张量。并运用上述方法对蒲石河抽水蓄能电站上水库坝址区裂隙岩体的渗透张量进行了计算。结果表明,该方法能较好地刻画裂隙岩体渗透性的各向异性特征,可为岩体渗透性分区及防渗帷幕的优化提供科学依据。     

Regional evaluation of hydraulic properties in variably fractured rock using a hydrostructural domain approach

A hydrostructural domain approach was tested and validated in fractured bedrock aquifers of the Gulf Islands, British Columbia (BC), Canada. Relative potential hydraulic properties for three hydrostructural domains in folded and faulted sedimentary rocks were derived using stochastically generated fracture data and hybrid discrete fracture network-equivalent porous media (DFN-EPM) modelling. Model-derived relative potential transmissivity values show good spatial agreement with transmissivity values obtained from pumping tests at selected sites. A spatial pattern of increasing transmissivity towards the southeast along the island chain is consistent between both datasets. Cluster analysis on relative potential permeability values obtained from a larger dataset for the region identified four clusters with geometric means of 9?×?10^?13, 4?×?10^?13, 2?×?10^–13, and 3?×?10^–14 m². The general trend is an increase in relative potential permeability toward the southeast, emulating the trends identified in the site-specific analyses. Relative potential permeability values increase with proximity to the hinge line of a regional northwest-trending asymmetric fault propagation fold structure, and with proximity to superimposed high-angle north- and northeast-trending brittle faults. The results are consistent with documented patterns of structurally controlled fluid flow and show promise for use in regional characterization of fractured bedrock aquifers.     

深基坑降水三维变参数非稳定渗流与地面沉降耦合模型

为了精确模拟预测松散沉积层中深基坑降水引起的地下水渗流场和地面沉降的变化特征,考虑土体孔隙度、渗透系数、储水率随地下水位下降发生的动态变化,建立了深基坑降水三维变参数非稳定渗流与太沙基一维固结理论的地面沉降耦合模型,并采用有限元数值分析方法对模型进行求解。以南京地铁三号线浦珠路站深基坑降水为例进行模拟计算。结果表明：采用15口坑内抽水井,抽水井过滤器埋深为22.0～37.0 m,基坑围护连续墙底部埋深至41.5 m为最优降水方案;不仅使基坑内地下水位满足开挖要求,又使基坑外地面沉降在控制范围内。经验证,所建立的模型合理,计算结果可靠,研究理论用于模拟预测此类地区深基坑降水引起的地下水流场变化具有较高的可信度。