岩体渗透特性的渗透张量分析在某水电工程中的应用

针对岩体渗透性能非均质、各向异性显著的特点，采用从裂隙几何参数测量、裂隙分组，到渗透张量计算这一流程，获得裂隙介质三维渗透张量场，达到准确地刻画岩体渗透特性的目地，并在西南地区某水电工程中得到成功的应用。     

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。     

论岩体的渗透特性

从岩体结构的控渗作用出发, 可将岩体的渗流介质划分为多孔介质、准多孔介质、面状流不连续介质及脉状流不连续介质四类;论述了岩体复杂的渗透特性, 包括渗流的不均匀性、各向异性、非饱和性及渗流与变形的耦合等问题。文中还对岩体渗流分析的技术思路进行了讨论。     

利用三维裂隙网络确定岩体渗透张量的方法

对于可统计的岩石结构面数据,采用结构面三维网络模拟技术研究节理岩体力学特性特别是岩石水力学性质的过程中,三维裂隙网络与多孔连续介质渗流各向异性的等效方法是研究岩石水力学应用中的重要环节。本文基于流量等效,边界条件相同,根据渗透张量的性质,利用计算机模拟三维裂隙网络的样本单元推导二阶渗透张量的求解方法。最后,通过一个圆形随机结构面形成的裂隙网络样本单元的计算实例,与张量法的计算结果作了对照,说明了有限大小结构面形成的裂隙网络,利用本文提出的方法求解得到的样本单元等效渗透性,具有相当的合理性。本文的方法对于岩石水力学中三维问题的研究具有重要的理论指导作用。     

“5.12”地震灾区某固体废弃物填埋场岩体渗透特性评价

通过岩体结构调查、渗透张量计算和压水试验研究岩体渗透性能.结果发现,基岩裂隙潜水活跃带距地表70 m,是有毒元素向河流迁移的活跃通道,须采取河流改道、防渗等应急措施.地下水在岩体中的渗透以垂直方向为主,水平方向较小,总体上对工程有利.     

基于离散裂隙网络模型的节理岩体渗透张量及特性分析

节理岩体几何结构非常复杂,研究其渗流特性对于指导含水岩层稳定性分析具有重要价值。应用离散裂隙网络模型DFN方法,基于VC++6.0软件平台,建立了平面渗流分析方法,分析了节理岩体不同几何分布情况下的渗透率张量特征,通过定义渗流定向性系数对岩体渗流的定向性特征进行了定量分析。结果表明：单组节理岩体渗流具有明显的各向异性特征,渗流定向性随着节理角度变化显著;节理随着节理贯通性增加,节理渗透率呈现对数增加趋势;两组节理情况下,各向异性特征随着节理组间夹角变化;两组节理岩体渗流特征研究中,正交分布下,岩体仍存在各向异性,但渗流定向性系数较低;当节理倾角服从正态分布时,随着节理倾角标准差增大,渗透率增加;两组节理夹角不同时,节理渗透主方向倾角随着夹角增大而相应增大,基本沿两组节理夹角方向的角平分线方向。     

基于Modflow的某表面活性剂生产项目对地下水环境影响预测研究

利用数值模拟方法预测与评价生产项目对地下水环境的影响,是科学制定地下水影响跟踪计划、减轻不良影响的重要手段。Modflow是广泛采用的三维地下水流和溶质运移模拟软件。以某表面活性剂生产项目为例,将项目埋深40 m以浅的浅层地下水作为预测评价的主要影响层位,使用Modflow数值模拟软件,选取COD_Cr和BOD₅为水环境的特征污染物,结合建设项目特征、水文地质条件预测污染物运移趋势和对地下水环境保护目标的影响,结果表明：正常工况下,本项目的各装置区、储存区、生产区和污水处理池构筑物等都有严格的防渗措施,不会对地下水造成污染。对地下水的污染途径表现在非正常工况下污水处理站生化池的底部破损发生渗漏,污水下渗对地下水造成的污染。在非正常状况下,至30 a模拟结束,污染影响范围和超标范围均是COD_Cr>BOD₅,污染物最大迁移距离约0.82 km(COD_Cr),最大超标距离约0.39 km(COD_Cr)。根据预测结果,应有针对性做好分区防渗措施和地下水监测工作...     

基于微结构张量理论的柱状节理岩体各向异性强度分析

复杂的结构面是控制岩体力学性质的主要因素,由结构面引起的岩体各向异性一直是岩体力学研究的热点问题。柱状节理是一类特殊的岩体地质结构面,具有强烈的各向异性特性,微结构张量理论是目前国际岩石力学领域一种较有效地探讨结构面各向异性问题的新方法。材料的微结构张量和加载向量是微结构张量法描述的两个重要参量。采用多组节理面局部坐标系与整体坐标系的投影关系,定义了材料的微结构张量计算方法,引入各向异性参数ψ表述微结构张量在加载方向的投影,将其引入Jaeger针对岩体沿节理面滑动破裂提出的基于Mohr-Coulomb强度准则,得到了多组节理岩体的各向异性强度准则。同时,结合白鹤滩坝址区的柱状节理特性,分析柱状节理引起的各向异性对坝址区稳定性的影响     

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。     

地下水封洞库水幕孔注水试验及岩体等效渗透参数分析

地下水封洞库渗流场分析和渗水量预测是水幕系统水封效果评价的核心内容,目前多采用连续等效模型进行这类大范围的渗流场分析,分析结果是否可靠的关键在于能否合理、可靠地获取裂隙岩体的等效渗透参数。施工期进行了大量的与水幕孔有关的现场水力学试验,可以用于分析和确定岩体等效渗透参数,但试验的理论背景、试验过程的合理性和数据分析方法还有待深入研究。首先简要介绍了黄岛石油储备洞库工程的4种水幕孔现场水力学试验的试验过程和特点;然后,采用三维渗流数值分析方法,研究了施工期因水幕廊道排水作用对水幕孔围岩渗流场的影响。基于施工期水幕孔注水试验,在达西流假定下,建立了围岩等效渗透系数与水幕孔注水量的经验关系,由此,可以根据水幕孔注水量反算出围岩等效渗透系数。采用裂隙-孔隙渗流分析模型,对比解释了裂隙不同发育特征对水幕孔注水量及岩体宏观渗透参数的影响。最后,对实测试验资料进行了分析,获得了水幕系统围岩等效渗透系数分区图。研究结果对水幕孔有关的渗透性试验的理论分析、裂隙岩体渗透参数取值研究等具有参考价值。     

天然岩体渗透系数反演研究

天然岩体存在很多裂隙,而水在这些裂隙中的渗流严重影响岩石工程的稳定性,因此确定天然岩体渗透系数具有重大的实际意义。反演方法是确定岩体渗透系数的一种较理想的方法,渗透系数反演可归结为一个复杂的非线性函数优化问题。由于采用传统优化技术存在不少问题,而目前采用的全局优化算法—遗传算法也存在本质的问题,因此,提出仿生算法-免疫进化规划进行岩体渗透系数反演,并用一个大坝坝基工程的算例证明了算法的有效性。结果表明,其方法可以在仅知道水头的条件下,得到接近实际的渗透系数值。     

岩石（体）渗透性测试的体变量法研究

渗透性测试试验一般采用直接测渗流量的方法,难以对低渗透岩有效测定流量。利用新开发的高压渗透仪,采用“体变量法”进行渗透性测试,该法是通过精确计量渗透出水端水体积的变化量（最小有效测试精度可达0.03 mL）度量岩石（体）渗流量的大小。保持渗透水压差不变,当出水端水体积变化与时间呈线性关系时,即该时段渗透速度保持不变,则该时段试样渗透特性符合达西定律,可利用达西公式对试样渗透性指标进行分析计算。采用这种方式,即使是针对超低渗透性岩石（渗透系数小于10-9 cm/s）,在整个渗透端面形成以后,某一条件下渗透性测试仅需十几分钟甚至几分钟,大大缩短了测试时间,提高了测试精度。试验证明该方法是一种有效的测试方法。     

应用岩体电阻率预测岩体失稳的可行性研究

基于煤（岩）体固有电阻率与煤（岩）体应力、应变的关系,以及影响岩石电阻率物理参数的因素,探讨了采场顶板岩体和煤层（体）在高压应力作用下,体积应变引起电阻率变化的过程和机械物理实质。分析研究了煤（岩）体电阻率观测技术监测由应力引起煤（岩）体失稳（突出或冒落）的技术路线的依据,提出了应用该技术路线的可行性及其主要研究方向。     

神东矿区地下水变化观测与分析研究

针对西部大规模高强度煤炭开采对地下水的影响,利用神东矿区约1 500 km²区域的200余个钻孔的长期观测结果,研究了超大综采工作面开采工艺对地下水系统的影响规律,地下水流场变化与基岩和含水层空间分布的关系。研究表明,超大综采工作面开采形成了地下水\     

柱状节理坝基岩体三维各向异性数值分析

在分析柱状节理不连续性和各向异性的工程特性基础上,对某拱坝及坝基的柱状节理岩体进行三维数值模拟分析。考虑河谷初始地应力场和岩体各向异性力学性质,采用各向同性本构和各向异性弹塑性本构进行对比分析。计算表明,坝基柱状节理岩体各向异性特性对工程整体应力、变形的影响比较明显,采用各向异性弹塑性模型计算更能反映柱状节理的特殊性。其结果为该坝区岩体工程各向异性力学分析提供了示例。     

肥城矿区地下水资源分析研究

为正确认识和解决地下水资源开发利用中存在的问题,通过检测地下水水动力条件和水化学条件的变化,对肥城矿区地下水资源现状进行了科学分析。研究认为:肥城盆地大气降水量的大小将直接影响来年地下水位的高低;四灰和五灰岩溶水中的氟离子含量普遍较高;第四系孔隙水普遍遭受了氮污染,其硝酸盐含量较高,从而使奥陶系含水层中也含有较高的硝酸盐组分;地表水及矿坑水硬度、矿化度都超标,同时存在大量硫酸根;矿井水经沉淀去除悬浮物后,可以达到污水综合排放、景观用水及煤矿井下防尘用水标准。另外,聚类分析和因子分析表明,五灰水与奥灰水普遍存在密切的水力联系。     

采煤对浅层地下水环境的影响及矿井水生态利用分析

黄河流域中上游矿区煤?水矛盾突出,煤炭开采对地下水环境造成一定的破坏。基于此,以鄂尔多斯盆地北部侏罗纪煤田榆神府矿区为研究区,在野外调查、数据分析、室内测试的基础上,分析研究区矿井水的量质特征,揭示煤炭高强度开采对地下水环境的影响,并开展矿井水生态利用研究。结果表明:研究区矿井富水系数在0.23~2.28,平均为0.91,评估2020年区内矿井排水量高达4.70亿m3,受采掘活动影响,浅埋煤层开采区地下水位下降趋势明显;区内矿井水出现不同程度的污染组分超标现象,主要超标指标为化学需氧量(COD)、Na+、SO₄ 2?、溶解性总固体(TDS),未处理的矿井水外排将会污染区内地下水环境;研究区浅层地下水超限的水质指标主要为NO₃-N,与矿井水超限水质指标差别较大,反映出浅层地下水水质受采矿活动影响较小;提出矿井水浅层回灌和矿井水生态灌溉2种模式开展研究区矿井水的生态利用,矿井水回灌对矿井水中的溶解性有机碳、色度具有较好的去除效果,回灌后出水满足Ⅲ类地下水限值;浅埋煤矿矿井水具有作为矿区生态修复灌溉用水的较好潜力,中深埋煤矿和深埋煤矿矿井水不适宜作为灌溉用水。研究结果为我国西部煤矿区水资源保护和生态修复提供重要依据。      

隧道区岩体结构特征分析及量化

裂隙岩体独特的裂隙网络结构,控制了其内在的各种力学及水力学行为。因而对裂隙岩体网络结构特征的研究,成为对裂隙岩体水力学特性研究的基础。文章结合石太客运专线特长隧道（太行山隧道）分析了隧道区裂隙发育特征及地质构造对渗透性的影响,量化裂隙岩体结构特征,为准确地预测隧道涌、突水位置及水量提供了理论的依据。     

复合采动影响下边坡岩体变形机制的数值分析

在各类矿产资源的开采过程中,有许多矿区属地下与露天复合开采情况。依据采区的空间对应关系,两种采动影响域中的一部分相互重叠,致使其采动效应相互作用和相互叠加,从而组成一个复合动态系统,因此,边坡岩体变形机理更加复杂,与单一露天开采相比有较大的差异。然而,过去在处理此类问题时近似地按单一露天采动影响下的分析方法,结果与实际情况有一定差异。