岩体水力学基础（七）：岩体水力学参数的确定方法

本文在对参数的内涵分析的基础上,提出了参数的类型及其概念。介绍了岩体渗透系数张量确定的统计学方法、野外抽（压）水试验方法、数学模型反演求解方法,以及应力与渗透系数关系参数的确定方法。     

各向异性含水层渗流场数值计算及实例分析

含水层渗透性的各向异性可以使用渗透系数张量来表征;在进行各向异性含水层的渗流场数值模拟时,渗透张量主值的大小和主方向都会对渗流场产生显著的影响。如何合理的建立能够的反映含水层的各向异性的数值模型非常关键。本文通过分析MODFLOW2005的数学模型、离散方法和差分公式,探讨了MODFLOW2005中含水层渗透系数张量主值大小及方向参数的赋值方法、条件和可行性。认为在MODFLOW2005中使用数值模型网格旋转方法可以实现一定条件下的渗透张量计算。并使用实例验证了理论分析的结果,对比了渗透张量主值的方向对渗流场的影响。     

拉应力条件下岩石细观力学本构模型和渗透系数张量研究(Ⅱ):各向异性渗透系数张量及算例

建立了同时考虑微裂纹发展过程、渗透压和变形影响的岩石各向异性渗透系数张量,推导了所建立本构模型和渗透系数张量的单轴拉伸方程,并和实验结果进行了对比。结果表明,建立的本构模型能够反映岩石的弹性阶段、非线性强化阶段、应力跌落阶段和应变软化阶段的特征;能够很好地反映有渗流时岩石抗拉强度降低等渗流岩石力学特征;建立的渗透系数张量正确反映了随着岩石损伤的发展岩石中渗流的各向异性规律。该模型也适用于岩体。     

岩体水力学基础（四）：岩体渗流场与应力场耦合的等效连续介质模型

本文把裂隙岩体看作等效连续介质，用渗透系数张量描述岩体的渗透性能；用应力张量描述岩体的力学性能。介绍岩体渗流场与应力场耦合的等效连续介质模型。     

蒲石河抽水蓄能电站上库三维渗流数值模拟

根据蒲石河抽水蓄能电站上库的地质及水文地质条件,建立了裂隙岩体三维渗流数值模拟模型,计算分析了水库-岩体系统地下水运动规律及各种运行工况下的上库渗漏量和渗流场的分布特征。将模拟计算区地下水流系统概化为非均质各向异性三维稳定地下水流系统,综合利用压水试验得到的平均渗透系数值和统计学方法得到的渗透张量方向,获得裂隙岩体的渗透系数张量。数值模拟结果表明,正常蓄水位运行工况下,整个库区均未进行防渗处理时,上库总渗漏量为5832.92m3/d,防渗后渗漏量减少了3571.27m3/d。     

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。     

锦屏一级水电站枢纽区基岩裂隙渗透性研究

锦屏一级水电站枢纽区基岩裂隙发育,不同岩层中裂隙发育规律差异明显,在对坝基、抗力体及地下厂房等部位开挖揭示以及裂隙编录的基础上,依据Snow平行板水流假定对裂隙渗透系数张量及等效渗透系数进行计算分析,并对不同层位等效渗透系数随岩体水平埋深的变化规律做了初步探讨.结果表明,采用该方法能较好地刻画枢纽区基岩裂隙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设计提供科学依据.     

边坡岩体疏干巷道排水动态过程的数值模拟

渗流数值计算是岩体排水设施和仿真模拟、动态分析、效果评价及预测的有效工具。应用边界元数值方法模拟研究了巷道疏干边坡地下水的动态过程。结果表明,岩体的渗透系数张量、可疏干孔隙率对疏干排水效果及其动态过程变化产生显著影响。同时可见边界元数值方法模拟断面尺寸较小的排水设施时,十分有效。      

双曲线配合法在某路基沉降反分析中的应用

本文根据哈尔滨某公路路基实测沉降资料,应用双曲线配合法推算了地基土的最终沉降量,并用太沙基渗透固结理论反分析出地基中粘土层的平均固结系数和渗透系数。应用太沙基方法,将反算出的渗透系数计算路基沉降,结果比选用实验室测得的渗透系数计算的沉降更接近实际沉降值。     

压实黄土非饱和渗透系数试验研究

压实黄土非饱和渗透特性具有重要的工程意义。对不同干密度的压实黄土试样,采用非饱和导水率测定系统进行非饱和渗透系数量测,得到不同干密度压实黄土的渗透系数与吸力的关系。试验结果表明：渗透系数随吸力的增大而成非线性减小,随干密度的减小而增大;在低吸力时,干密度对渗透系数的影响较大;在较高吸力时,干密度对渗透系数的影响较小。进一步给出了压实黄土的渗透系数模型并进行回归分析,得到各Wind幂函数模型参数与干密度的关系,建立了基于干密度的压实黄土渗透系数的确定方法。     

基于变渗透系数的地下水开采-地面沉降三维模拟研究

在地面沉降过程中伴随着土体孔隙率和渗透系数的变化,但在模拟计算中为了降低计算量而忽略其变化,因而在一定程度上造成模拟结果与实际偏离。为了研究地面沉降数值模拟过程中孔隙率和渗透系数变化对模拟结果的具体影响,在Biot固结理论的基础上,耦合了Kozeny-Carman方程,建立了考虑固结过程中渗透系数变化的三维固结模型。以北京平原区的典型含水层结构为模拟对象,分别在考虑和忽略渗透系数变化的情况下进行抽水模拟,发现在考虑渗透系数变化的情况下,抽水后地层的渗透率体现了不均匀变化,在抽水井井壁附近渗透系数有所降低;考虑渗透系数变化下的地表最终形变量大于忽略渗透系数变化的情况;忽略渗透系数变化导致的模拟误差在沉降初期较小且具有继续发展的趋势,中后期较大并逐渐趋于平稳,且这一误差与抽水量正相关,与承压含水层压缩模量和渗透系数负相关,且随着承压含水层厚度的增加呈现先增大后减小的趋势。     

哈尔滨高等级公路路基沉降监测反分析

本文应用双曲线配合法对哈尔滨高等级公路路基实测沉降进行了分析，推算了地基的最终沉降量，并由此用太沙基方法反算出地基中粘土层的平均固结系数和渗透系数。把用本文方法推算的渗透系数应用于太沙基方法计算路基沉降，发现比选用实验室测得的渗透系数计算的结果更接近实际沉降。通过本次反分析研究得出：路基中粘性土的固结系数和渗透系数明显高于室内土工试验测得值。这给相似地基高等级公路的设计、施工提供了参考依据。     

基于各向异性岩体渗透参数分析的矿区地下水环境预测

地下采矿工程势必会引起矿区周边地下水水位的变化,而地下水在岩体中渗流主要受岩体裂隙的影响,因此地下水渗流具有非均质各向异性的特点。采用统计学分析方法,根据岩体裂隙几何参数计算渗透张量,获得综合渗透系数,并与钻孔抽水试验所得渗透系数相比较,进行修正,得到渗透主值。并运用于Visual Modflow中建立地下采矿区各向异性的地下水渗流模型,进而较准确地预测采矿过程中地下水降落漏斗的影响范围及影响幅度。     

高水压力作用下裂隙岩体渗透性的变化研究

渗透系数是表征裂隙岩体透水性能的一个重要参数,当水压力较小时,岩体的渗透系数变化不明显,但在高水压力条件下,岩体的渗透系数会发生明显变化,这给我们在进行渗流分析时带来了一定的困难,因为多数情况下是将渗透系数当作定值来计算的。在高压水条件下,基于非达西流方程,推导了裂隙岩体的渗透系数与水压力之间的表达式,并给出了常规压水或低水压力、高压压水时水力劈裂前后渗透系数的计算公式。现场压水试验结果表明,当岩体发生水力劈裂后,渗透系数增加明显,此时可以通过压水量和水压力的变化量来计算裂隙岩体的渗透系数。通过几个抽水蓄能电站的高压压水试验结果验证了裂隙岩体水力劈裂前后渗透系数的变化规律,并与实际裂隙岩体的渗透系数进行了比较,其误差在10%左右,表明本文给出的渗透系数表达式的合理性和准确性,为水利水电工程的渗流分析及渗漏量的计算提供了渗透系数选择的依据。     

液体对土工织物膨润土垫膨胀性和渗透性的影响

近年来土工织物膨润土垫（GCL）被越来越多地应用到各种防渗工程中,它的膨胀性和渗透性也成为了设计人员和研究人员所关注的焦点。通过水化膨胀试验、自由膨胀试验和渗透试验,研究了液体对GCL膨胀性能和渗透性能的影响以及膨胀性和渗透性之间存在的相关关系。试验结果表明, 水化液和渗透液的种类对GCL的膨胀性和渗透性有很大影响,其影响分别为：(1) 水化液相同时,渗透液的种类对GCL的渗透系数有影响,而渗透液相同时,水化液的种类对GCL的渗透系数也有影响;(2) GCL的水化膨胀量和渗透系数之间存在相关关系,水化膨胀量越大,渗透系数就越低;(3) GCL中膨润土的自由膨胀量和GCL的渗透系数之间也存在相关关系,自由膨胀量越大,GCL的渗透系数就越低。     

运移参数对GCL中污染物运移的影响研究

分析了运移参数的变化对GCL中污染物运移的影响。从衬垫底部浓度比、对流和扩散通量、污染物累积运移量等方面,对污染物在GCL中的运移进行了计算。结果表明,减小渗透系数和扩散系数可以有效减缓衬垫底部浓度比的增加速度。渗透系数对对流通量的大小、扩散通量的变化速度的影响较大;扩散系数主要影响最大扩散通量。当渗透系数较大时,可以忽略扩散累积运移量,用对流累积运移量代替总累积运移量引起的误差很小。当渗透系数较小时,忽略扩散运移量可能产生较大的误差,尤其是在扩散系数也较大的情况下误差更加明显。      

测定原状粘性土渗透系数的渗透固结仪已投入使用

渗透系数(K)是一个重要的水文地质参数。近年来,随着科学的发展,对地面沉降、越流补给等问题的研究逐步深入,人们越来越感到了解原状粘性土渗透系数的重要性。以往求解越流系数(B=K/M),一般采用抽水试验方法,但误差往往较大。近两年来,我系“渗透固结实验室”采用了张人权、曹文炳等讨论设计的渗透固结仪,通过试验,能够较好地测定原状粘性土的渗透系数。我们利用这种仪器已为河北地质九队、山西水文一队等测试了一些原状粘性土的渗透系数,一般亚矿土、亚粘土渗透系数在10~(-6)~10~(-7)(cm/sec)之间,粘土可达10~(-9)(cm/sec)。     

烟台水封能源洞库水幕钻孔布设方案优化

地下水封能源洞库是目前我国石油战略储备基地的重要工程建筑。水幕巷道的水幕钻孔布置是保障和检验洞库本身水封气密性的关键工程措施,其对应的水幕效率试验则是水封能源洞库中核心水文地质试验。目前,水幕钻孔的布置及水幕效率试验主要参考国外公司的工程经验,操作流程为初始阶段等间距布置的多阶段线性工作过程,耗费时间较长。为进行优化,依托烟台某商业储备库工程项目,从子库区裂隙统计入手,利用数值模拟软件Fracman建立了研究区离散裂隙网络,并通过立方定律求其渗透系数张量;分析了渗透系数张量特征,对水幕效率试验中的低水幕效率岩体进行了预判,并与实际试验结果进行了对比,根据一致性较好的模拟结果提出了基于离散裂隙网络模型的初始阶段不等间距的水幕钻孔布设及水幕效率试验思路。     

回采工作面围岩采动应变场-渗透系数场耦合

采动岩体变形与渗透特性是工作面突水防治研究的基本问题。采用理论分析和数值模拟计算方法,分析了岩石变形-渗透特征及其三维定量关系,研究了煤炭开采中回采工作面围岩应变场、渗透系数场分布及其控制因素。研究结果表明,采动岩体渗透性变化主要取决于应变状态及应变增量,且随着垂直于裂隙的张应变的增加而增加;工作面后方垮落带和煤壁边缘的剪碎带产生剧烈的采动拉伸变形,渗透系数较采前显著增大,而支承压力区和整体移动带岩层产生较大的采动压缩变形,渗透系数较采前明显减小;工作面围岩垂向渗透系数较水平渗透系数增加的幅度及增加区的范围小,但对水体下采煤工作面涌水起主导作用。加快工作面推进速度、减小工作面斜长和采高能降低采场围岩渗透系数增加幅度,并将渗透系数场变化范围局限在采区附近,能有效减小采动对原始煤岩层渗透性的影响。      

水泥土抗渗性能室内试验研究

目前,水泥土在工程中已得到广泛应用,也有很多关于水泥土力学性质的研究成果,但水泥土抗渗性能方面的研究相对较少。本文对上海地区淤泥质粘土水泥土进行室内渗透性试验研究,探讨了水泥土渗透系数受水泥掺入量的影响程度,并认为水泥土渗透系数受龄期影响较小。对试验数据做回归分析,得到水泥土渗透系数与水泥掺入量的定量关系。