裂隙岩体渗透系数确定方法综述

总结了近年来裂隙岩体渗透系数的确定方法,主要有现场水力试验法、裂隙测量法和离散裂隙网络渗流数值试验法.每种方法都有自己的适用性和测量尺度.裂隙岩体渗透系数存在尺度效应,针对不同尺度的研究对象,应尽量选取与渗流模型网格剖分尺度匹配的测量方法.裂隙的延伸具有方向性,测试点的布设应合理科学,不同测量方法需要结合起来才能得到裂隙岩体真实的渗透系数.     

裂隙岩体渗透系数确定方法研究

裂隙岩体渗透系数以及渗透主方向的确定对研究岩体渗透性大小及各向异性具有重要意义。高放废物地质处置库介质岩体的渗透性能将直接影响其使用安全性。本文运用离散裂隙网络模拟的方法对我国高放废物处置库甘肃北山预选区3#钻孔附近裂隙岩体进行了渗透性质分析。通过对3#钻孔171.5~178.0m段压水试验数据的反演,标定了离散裂隙网络渗流模型中的裂隙渗透参数(导水系数T)。利用标定的离散裂隙网络模型对场区裂隙岩体进行了渗流模拟,确定了该区域裂隙岩体的渗流表征单元体(REV)的尺寸大小以及渗透主值和主渗透方向。运用离散裂隙网络模型计算得出的渗透主值的几何均值与现场压水试验计算结果较接近,证明了计算结果的有效性。     

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。     

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。     

考虑动力压力裂隙网络岩体渗流应力耦合分析

渗流对裂隙网络岩体的作用力包括渗透静水压力和渗透动力压力（裂隙壁切向拖曳力）两部分。较全面地引入渗流与应力之间的相互作用关系，同时考虑渗透静水压力和切向拖曳力的作用，以裂隙（等效）隙宽与岩体应变的关系为桥梁，建立隙裂网络岩体渗流场与应力场耦合分析的数学模型，并采用有限元数值方法进行某工程实例的双场耦合分析，验证所建立模型的可靠性。     

岩体裂隙网络等效渗透系数方向性的数值计算

采用渗流力学理论并结合Monte Carlo方法描述岩体裂隙的随机分布,研究渗流模型的尺寸效应并确定表征单元体积（REV）,得到了3种开口度分布形式的等效渗透系数椭圆曲线,建立了等效渗透系数方向性的判别标准。离散裂隙网络（DFN）模型假定流体只在岩体裂隙内部流动,而不通过岩体本身渗流。基于二维离散元程序UDEC并进行二次开发,建立DFN模型,通过改变流体的流动方向,得到不同流动方向下岩体裂隙网络的等效渗透系数,并分析不同的开口度分布形式对岩体裂隙网络等效渗透系数方向性的影响。计算结果表明,表征单元体积存在的条件是等效渗透系数保持稳定且渗透椭圆比较光滑。等效渗透系数的方向性受开口度分布形式的影响很大：当开口度-长度关联分布时,等效渗透系数各向异性;当开口度对数正态分布时,等效渗透系数各向同性;当开口度恒定分布时,等效渗透系数的特性介于二者之间。变化系数（CV）是否大于5%是判定岩体裂隙网络渗透系数是否具有方向性的判别标准。     

基于相关指标的裂隙岩体渗透系数估算模型研究

掌握岩体的渗透性是精细化描述一个地区水文地质特征的重要工作。渗透系数是表征岩体渗透性的重要指标,研究渗透系数估算模型对于实际工程应用具有重要意义。在现有的渗透系数估算模型中,单因子模型忽略了其他因素对该地区渗透系数的综合影响,复合因子模型存在参数选取不够灵活、部分参数较难获取等问题。基于公开数据,分类整理和对比分析了影响裂隙岩体渗透性的正、负相关参数,提出一种拟合效果好、参数选取灵活的渗透系数估算模型——PNC（Positive and Negative Correlation）模型。研究结果表明:在研究区一,PNC模型的拟合效果（可决系数R2=0.964和R2=0.801）优于HC模型的拟合效果（R2=0.905和R2=0.563）;在研究区二,PNC模型的拟合效果（R2=0.959）优于RMP模型的拟合效果（R2=0.927）;在研究区三,PNC模型的拟合效果（R2=0.94～0.99）优于ZRF模型的拟合效果（R2=0.92～0.99）。利用纳什效率系数（Nash-Sutcliffe Coefficient,NSE）进行模型误差分析,7组数据中有5组数据的误差系数在0.95以上。这说明PNC模型具有便利性和可靠性,可以为实际工程估算和验证渗透系数提供一定的参考。     

裂隙岩体渗流与应力耦合的试验研究

通过对较大尺寸的裂隙岩体试块进行不同侧压力和加载条件下的渗流试验结果研究，分析了裂隙岩体渗流与应力的耦合机理，得出了不同应力条件下裂隙岩体渗流量与应力成四次方的关系。并且得出并非压应力都引起裂隙岩体的渗流量减小，当裂隙岩体受平行于裂隙面方向的单向压应力时，渗流量随着压应力的增加而增加。     

裂隙岩体渗流应力耦合研究综述

系统综述了裂隙岩体渗流应力耦合的研究情况。阐明了单裂隙面的各种经验公式、间接公式及其适用条件,分析了裂隙岩体渗流应力耦合模型优缺点及目前工程应用情况。     

三维应力作用下岩体单个裂隙的渗流特性分析

天然岩体中存在着大量的孔隙和裂隙,这些缺陷不仅改变了岩体的力学性质,也严重影响了岩体的渗流特性。在对现有裂隙岩体渗流特性研究成果进行分析的基础上,讨论了岩体单个裂隙的力学性质和渗流对单个裂隙岩体产生的力学作用,研究了岩体单裂隙渗透系数与岩体三维应力的关系,考虑了裂隙粗糙度对渗流的影响以及不同方向应力对渗透性影响的差异,分析了单个裂隙岩体在三向应力作用下的渗流特征,得出了裂隙所受三维应力与渗透系数关系式,认为垂直于裂隙面的应力对岩体渗透性起主导作用,岩体渗透系数随垂直裂隙面应力的增加而迅速减小。通过与渗流规律试验结果对比分析,证明了所得单个裂隙岩体渗透系数表达式的正确性。     

裂隙化岩体中圆形断面调压井围岩稳定性分析

块体理论是适用于裂隙化岩体变形失稳分析的有效方法。运用块体理论赤平投影法研究某水电站超大型调压井围岩随机块体的稳定性,将圆形断面调压井开挖临空面抽象简化为八个方位的边墙加以研究,分析了井周各部位可能的关键块体及其运动形式,计算了关键块体的净滑力。分析结果对工程施工具有可靠的现实指导作用,为锚固设计和永久衬砌设计提供了依据,可供类似工程参考。     

裂隙岩质边坡地下水渗流数值模拟

本文从反倾向岩质高边坡的渗流特征和渗流普遍规律出发,根据渗流力学知识,建立数学模型,通过渗流数值模拟计算分析了渗透压力、水头变化规律以及对岩质边坡稳定性的影响.     

岩土体导热系数研究进展

岩土体导热系数在与地热有关的地质基础研究和生产应用中有重要作用。首先介绍了导热系数的概念,然后分析了导热系数的受控因素,最后探讨了导热系数的测定方法。导热系数的受控因素包括地层岩性、孔隙率、含水率、温度以及各向异性。导热系数随地层岩性从大到小排列为海相碳酸盐岩、陆相碎屑岩、火成岩,变质岩导热系数与母岩和变质程度有关;同种岩层的导热系数随沉积过程延续或深度增加而增大;含水率对软弱岩石的导热系数影响较大,导热系数随含水率增大而增大,对孔隙度较大的岩层需进行饱水校正;不同岩性的导热系数随温度的变化较复杂,在应用中需结合实际地层考虑;由于结构面的存在,岩体的导热系数存在各向异性。导热系数的测定方法包括现场测试法、室内测试法、组分类型辨别法以及利用P波速度估算等。利用现场数据求解导热系数时常使用线热源模型和柱热源模型;室内测试法包括稳态测试法和非稳态测试法,分别应用于中低导热系数材料和高导热系数材料;对于组分类型辨别法,平行板式相分布的物体导热系数是各向不等的,热传导方向与平行板平面平行和垂直时分别具有最小和最大总体导热系数;对地下无法直接测量的地质单元,可利用P波速度估算导热系数。要得到准确的导热系数,须基于岩土体的导热系数范围和样品特征选取正确的测定方法。     

裂隙岩体力学参数的弱化处理

合理确定含裂隙岩体力学参数是岩土工程设计和岩体数值分析的基础和关键,在众多裂隙岩体力学参数弱处理方法中,Ｈｏｅｋ－Ｂｒｏｗｎ准则表现出很好的适用性,尤其适用于深厚覆盖层以下的岩体。结合小浪底水利柜纽工程和镇江－扬州长江公路大桥对弱化方法予以介绍和探讨。     

岩体结构对含煤岩系变形的控制作用

含煤岩系变形规律的研究,对煤炭资源评价和开采、煤矿瓦斯灾害预测、煤层气的可开发性评价具有指导意义。基于含煤岩系的岩体结构是控制其变形的基础因素这一前提,以岩体力学和分形几何学基本理论为指导,提出取决于岩石杨氏模量和泊松比的岩体强度因子和取决于岩层厚度的分形维数两个参数,以断层发育的安阳双全井田、褶皱发育的沁水盆地煤层气开发区及滑动构造发育的荥巩谷山井田为例,系统探讨了岩体结构对含煤岩系变形的控制作用。研究表明,低强度因子和厚层岩层较多的分形维数低值区,含煤岩系以韧性变形为主,多形成褶皱,煤体变形程度深,为瓦斯灾害严重区和煤层气难以开发区;高强度因子和厚层岩层较少的分形维数高值区,含煤岩系以脆性变形为主,多发育断层,构造煤难以区域展布,只分布在断层附近。可见含煤岩系变形不仅与岩体强度有关,而且受岩层厚度的控制。统计层段内刚性岩层的存在增加了岩体强度,岩层复杂程度的增加同样提高了岩体强度。岩体力学和分形几何学的引入,为煤岩体变形行为和程度的描述和预测提供了一种新途径。     

确定渗透系数的地下水位计试验法

以摆纪磷石膏堆场为例,应用空压机对磷石膏含水层进行提水试验,采用地下水位计方法求解磷石膏渗透系数。实例研究表明,结果与室内试验一致,且该方法求解简单、速度快、精度高,既适用于潜水含水层渗透系数的求解,又可推广到承压含水层渗透系数的求解,有着较好的实际应用价值。     

多种计算方法确定黄土渗透系数的对比分析

渗透系数是工程降水设计重要的水文地质参数之一,由于水文地质本身的复杂性和计算的多样性,致使渗透系数计算值往往存在着较大的差异。而对于渗透系数的计算模型较多,究竟哪种数学计算模型比较接近黄土渗透性的实际情况,不同的专家有不同的观点。以西安地铁四号线火车站地下车站段抽水试验为例,运用了完整井稳定流中的单井法、带观测井法考虑井损的单井法数学计算模型,非完整井稳定流数学计算模型,水位恢复法数学计算模型3种方法综合确定黄土的渗透系数。分析对比了各种数学计算模型优缺点,给出了计算黄土渗透系数较为合理的数学计算模型。     

岩体结构对岩石爆破效果的影响

分析了爆破冲击波的传播特点，指出了对岩石破坏最大的是拉伸应力波，并对岩体结构对岩石爆破效果的影响进行了探讨。     

兰州黄河阶地卵砾石层渗透系数测试研究

采用多孔抽水、钻孔注水和单环注水试验测得兰州黄河Ⅰ级阶地卵砾石层渗透系数分别为34.19m/d、32.68m/d和26.50m/d。颗粒分析成果表明,研究区卵砾石层孔隙体系形式为卵砾类骨架形成架空大孔隙,含量较少的中细砂小颗粒难以完全充填架空大孔隙,仅起到减少大孔隙通道的作用,其渗透系数大于中细砂但小于一般意义上不含或仅含极少量中细砂的卵砾石层。对比分析可知,基于特征粒径、不均匀系数的半经验渗透系数预测值具有很大的离散性和变异性,与实测值有较大差异,作为工程建设设计参数时应通过多种方法验证其准确性。依据水文地质测试成果,结合相关资料工程经验值及地区经验,推荐研究区降水方案设计含水层渗透系数取34.19m/d。