裂隙岩体核互迁移的稳态时间模型

将裂隙岩体渗流视为裂隙网络流，核素仪在岩体裂隙网络流中迁移；核素在迁移过程中同时存在吸附和解吸作用。基于图论和单一裂隙渗流的立方定律，建立了裂隙岩体裂隙网络渗流模型；在此基础上，考虑核素在裂隙网络流中迁移时既被表面吸附同时又发生解吸，建立了隙裂岩体核素迁移的二维稳态平衡和非平衡时间模型。     

裂隙岩体隧道非均质、各向异性等效渗流模型及应用

随着可持续发展战略的深化,隧道工程所引起的地下水环境问题越来越突出。简要介绍了裂隙岩体渗流特征、渗流模型及渗流计算原理,采用等效连续介质渗流模型模拟裂隙岩体隧道渗流规律并定量评价地下水资源流失量,为提高模型拟真性,在模型中考虑了裂隙岩体的非均质性和各向异性,并应用于实际工程中进行了隧道运营期间的地下水流失量计算,为减小隧道施工地下水资源流失提供技术支持。     

垮塌区Navier-Stokes幂律型浆体的有效扩散范围

为了研究注浆过程水泥浆体在破碎岩体中的扩散范围和压力分布状态，以Navier-Stokes方程为理论基础，在COMSOL平台上建立单裂隙模型，模拟浆体在不规则的单一裂隙面上的流动特征. 在此基础上，建立破碎岩体的平面裂隙模型，同时设置不同的贯通系数，模拟浆体在破碎岩体中的扩散规律. 研究结果表明:当模型中裂隙贯通系数较低时（0.1～0.5），浆体有效扩散范围较小，约为1.5～4.1 m，扩散范围随着压差的增加呈非线性的增加，但是增加率快速降低接近0；当模型中裂隙贯通系数较大时（0.5～1.0），浆体的有效扩散范围显著增加，约为4.1～6.2 m，随着压差的增加也呈非线性增加，增加率呈降低的趋势；当模型中裂隙贯通系数为1.0时，即破碎的岩体中裂隙面全部连通状态，浆体扩散距离随着压差的增加近似呈线性增加，最大扩散距离约为6.2 m. 同时在注浆孔外围6 m处取芯结果能明显观察到浆体固结的破碎岩块，这与模型计算结果一致.      

灌区无喉堰的水力特性研究

针对灌区无喉堰的量水问题，通过模型试验观测水流从自由出流到淹没出流的全过程，确定了淹没的临界条件，淹没的临界条件与堰渠宽度比和上下游水深的比值有关；从理论上推导出了自由出流和淹没出流两种情况的流量计算公式，在自由出流情况下，流量系数与堰上水头、堰高、堰渠宽度比有关，在淹没出流情况下，流量系数与堰上下游水深、堰高、堰渠宽度比有关；根据实测数据得到了自由出流和淹没出流情况下流量系数的经验公式，并进一步分析了计算误差。上述结论进一步拓展和完善了前人的研究工作，对于指导实际应用具有重大意义。     

基于自适应非奇异终端滑模的悬浮控制策略

针对采用传统线性滑模控制的电磁悬浮系统存在响应速度慢以及抗干扰能力差的问题，提出了一种基于自适应非奇异终端滑模的悬浮控制方法，该方法将自适应控制引入到终端滑模控制，结合滑模控制对扰动不敏感的优点，利用自适应控制对滑模趋近律系数进行在线自适应调节，改善悬浮系统的动态性能. 首先，建立了电磁悬浮系统数学模型；然后，利用李雅普诺夫稳定理论证明了所设计控制器的稳定性；最后，进行了仿真和实验验证. 实验结果表明:自适应非奇异终端滑模对信号跟踪具有更快的响应速度和更小的稳态误差，对峰峰值为2 N的正弦或锯齿干扰力气隙波动可限定在0.2 mm以内，进行0.1 kg加减载实验时气隙波动为0.6 mm，各项性能均优于终端滑模和线性滑模.      

非共面双裂隙层状岩石破坏特征及工程应用

为了研究层状岩石在预存裂隙作用下的破坏机理，基于颗粒离散元理论，构建能反映岩石各向异性特征的数值模型. 基于该模型，系统研究了含非共面双裂隙层状岩石在单轴压缩条件下裂纹的产生与演化规律，并揭示了双裂隙层状围岩中隧道开挖后岩体的破坏模式. 研究结果表明:存在预制裂隙的岩石，其抗压强度值小于相同条件下的完整岩石，但岩石强度与层理面倾斜角度的关系曲线仍呈U形分布；竖向加载时，试样的破坏形态同层理面倾斜角度（β）与预制裂隙倾斜角度（α）间相对大小有关. 当β < α时，岩石的破坏受预制裂隙控制；当β > α时，岩石的破坏可分为预制裂隙与层理面共同控制与层理面控制两类；隧道围岩的细观破坏模式也与β、α的相对大小有关，但破坏区域均集中在洞周两侧垂直于层理面的一定范围内.      

一种新型有压力梯度的平面层流边界层理论——机械能耗损积分法

提出了一种新的有压力梯度的层流平面边界层理论，可称为机械能耗损积分法，它是由两部分理论所组成的：第一部分包括不可压缩流体的应力微分方程以及从中导出的层流平面边界层流速与切应力分布的理论公式，式中包括一无因次型参数或相似准则P，P的数值表征不同层流平面边界层的流速与切应力分布第二部分包括动量与动能积分方程以及由它们导出的机械能耗散积分方程和层流平面边界层厚度的理论公式。本理论同所有积分法一样，采用了横向流速为零的假定，但扬弃了普兰特假定，因而其压力梯度的使用范围不受约束，对忽略横向流所导致的理论误差，利用机械能耗损系数进行了修正，因而可取得较高的精度．对零攻角层流平面边界层的试算表明：其型参数P=-1，其流速分布与半槽道流相似，存在一顺压梯度而非现有理论所假定的为零压梯度，所有计算结果与实验比较在未修正前其误差不超过5％，在修正之后不超过1％。本理论采用了微分法与积分法各自的优点，是分析严谨、结构简便、计算精确的适用于任意压力梯度的层流平面边界层理论，其计算方法还可推广应用于湍流平面边界层。     

怒江某隐伏断层带岩体的力学参数取值

断层带岩体是工程建设中重点关注的一类特殊岩体，为了获取考虑围压效应的隐伏断层带岩体真实力学参数，依托怒江某水电工程，对坝基深厚覆盖层下隐伏断层带岩体开展三轴试验. 总结了一套断层带岩体取样—试验前处理—施加初始围压—三轴试验—参数取值的评价方法，可避免三轴试验过程中断层带岩体散体以及液压油对试样的影响，使试验结果更接近断层带岩体天然状态下的真实力学参数. 试验结果表明:5个断层带岩体试样的变形模量为449～921 MPa，平均值为665 MPa；黏聚力为0.04～0.22 MPa，平均值为0.13 MPa，取80%保证率的标准值为0.12 MPa；内摩擦系数为0.32～0.61，平均值为0.46，取80%保证率的标准值为0.35；黏聚力试验值比内摩擦系数试验值离散性大，表明断层带岩体黏聚力受物质结构、断层泥含量、胶结程度等的影响更大.      

不同粗糙度岩体节理面的应力松弛特性及机理

应力松弛是岩体节理面时效特性的重要组成部分，也是影响岩体工程长期稳定性的重要因素. 为研究不同粗糙度岩体节理面的应力松弛特性，并进一步探索节理面的应力松弛机理，选取Barton标准剖面为人工模拟节理面的表面形态，并用水泥砂浆浇筑成型；然后，对其进行了分级加载剪切应力松弛试验，研究了不同粗糙度节理面在不同初始应力水平下的应力松弛曲线及应力松弛速率曲线特征，给出了松弛应力与初始应力之间的关系，并结合试验现象分析了应力松弛的发生机理. 研究成果表明:随着初始松弛应力的升高，松弛应力先减小后增大，即岩体节理面应力松弛能力先减弱后增大，该现象与剪切过程中节理面的变形和裂隙发展有关，应力松弛是试验机为保持变形不变而不断调整，同时内部裂隙发育导致其内部抗力减小，进而引起应力下降的过程，并且粗糙度（JRC）越大，应力松弛能力越强.      

地温梯度孕育的岩体热应力对岩爆预测的影响

为使在高地温环境下通过水压致裂获得的应力更加真实地预测岩爆，提出在岩爆预测过程中应考虑地温梯度孕育的岩体热应力. 结合弹性理论获得了在高地温环境下水压致裂的理论应力解；基于此理论应力解对圆形隧道进行了岩爆预测；应用岩体热应力公式对桑珠岭隧址区的岩爆进行了预测. 研究结果表明:在高地温环境下，恒定压力和水平主应力会增加约一倍的岩体热应力，裂隙重开压力会增加约两倍的岩体热应力，垂直应力不变；如果在高地温环境下直接采用水压致裂测得的应力进行岩爆预测，当水平原位地应力大于竖向原位地应力时，得到的岩爆等级偏高，当水平原位地应力在重力应力和竖向原位地应力之间时，得到的岩爆预测位置与实际不一致，当水平原位地应力小于重力应力时，得到的岩爆等级偏低；桑珠岭隧址区的岩体热应力约为重力应力的61%，若不考虑此热应力进行岩爆预测会导致严重的错误.      

地下工程裂隙型涌水超前注浆治理方法

针对地下工程裂隙型涌水超前注浆问题,通过钻探获取裂隙频率信息,并采用分段压水试验的方法,对围岩的渗透系数进行了测定;采用数理统计方法对所测数据进行分析,获得其统计规律;借助于涌水量计算理论,依据设计时确定的涌水量容许值,计算得到了所需封堵裂隙宽度的最小值,为注浆材料的选择提供依据;根据所选注浆材料分析了浆液扩散规律并确定了注浆方法与注浆参数;采用流动维度理论对注浆过程中PQT曲线进行了分析,并通过开挖检验对注浆封堵效果进行了评估. 研究结果表明:拱顶与侧壁无明显渗水,涌水量小于0.01 m3/h,达到了渗漏水控制标准以及注浆封堵的目标;实际开挖后的涌水量比预测值低50%,误差在合理范围内.      

坡积土边坡裂隙各向异性特征对雨水入渗过程的影响

采用有限元软件Geo-Slope中的SEEP/W模块分析了裂隙深度、渗透系数比、裂隙角度与裂隙数对雨水入渗过程的影响,结合非饱和渗流理论研究了裂隙渗流各向异性对边坡稳定性的影响。分析结果表明:降雨1、7 d时,1 m裂隙深度内最大孔隙水压力分别为9.69、9.70 kPa,雨水沿裂隙底部向下的入渗深度分别为0.5、1.5 m,裂隙内孔隙水压力随降雨的持续迅速增大,直至由负压力转变为正压力; 裂隙深度越大,裂隙内孔隙水压力越大,降雨停止时刻相应的入渗深度也越大,饱和区域的大小与裂隙深度正相关; 当渗透系数比为1时,裂隙范围内最大渗透系数为1.51×10-7 m?s-1,此时沿裂隙方向渗透系数小于降雨强度,降雨入渗过程受土体渗透系数控制,而当沿裂隙方向渗透系数大于降雨强度时,雨水入渗过程受降雨强度控制; 裂隙角度越小,在裂隙深度范围内的最大孔隙水压力越大,且出现正孔隙水压力的深度也越大,而边坡表层饱和区范围越小; 无裂隙存在时,降雨后边坡内部仍保持负压力状态,无饱和区存在,有裂隙存在时,雨水沿裂隙下渗并在边坡内部形成饱和正压力区,1～5条裂隙形成的饱和区面积分别为16.4、34.7、60.9、75.6、110.7 m2,饱和区面积与裂隙数呈乘幂关系,且随着裂隙数的增加,雨水对渗流场的影响范围与程度增大,长裂隙的集中分布是引起边坡内部大面积连通型饱和区出现与地下水位升高的直接原因。      

基于流固耦合超大规模地下车站环境影响分析

以京张城际铁路八达岭超大规模地下车站修建为例,依据工程区水文地质特征、水压致裂原地应力测量结果,利用有限差分软件FLAC3D建立三维渗流应力耦合模型,采用全封堵、全排水、非耦合、注浆限排4种方案进行数值模拟.结合理论分析,着重研究在饱水状况下八达岭车站修建前后的渗流场变化、涌水量、围岩变形和地表沉降等环境影响负效应因子,对因地下车站修建环境影响效应的显著性、空间分布特征和长期效应进行评价.模拟计算结果对于裂隙发育、富水地层地下工程尤其自然风景区大型地下洞室防排水设计和施工具有指导意义.     

岩质边坡结构面的水力劈裂效应分析

为了对岩质边坡结构面的水力劈裂效应进行分析,通过岩质边坡水力模型,结合岩体结构面裂纹的应力状态,运用断裂力学和水力学理论,推导出结构面水力劈裂的临界水头公式,在临界水头公式基础上分别获得了最易发生拉剪型水力劈裂和压剪型水力劈裂破坏的裂纹角度。实例验证表明:边坡在满足条件时会发生水力劈裂。得出结论:随着水力劈裂现象的发生,结构面裂隙扩展、贯通,而裂隙的扩展会加强地下水的下渗作用,水头损失减少,扬压力进一步加大,将更容易诱发滑坡。     

富水软岩隧道施工中渗流对岩体变形影响的研究

以湖南省吉怀高速公路南山寨隧道为工程背景,建立流固耦合模型和普通对比模型,分别对考虑渗流场和不考虑渗流场的隧道开挖进行数值模拟与对比分析,以研究富水软岩隧道施工中渗流对岩体变形的影响态势和程度。     

多车道高速公路超高过渡段积水分布数值模拟与规律分析

为了揭示多车道高速公路超高过渡段积水分布规律,基于流体动力学理论,选取典型多车道高速公路超高过渡段设计参数,利用道路BIM设计软件建立了40组三维道路模型;分析了路面积水量和排水设施径流量的关系,建立了考虑排水设施与路面构造深度影响的降雨模拟方案;采用离散相模型和多相流模型耦合,模拟了降雨条件下的路面积水状态;分析了不同组合参数下的超高过渡段积水厚度数据,得到了合成坡度、道路宽度、降雨强度与超高渐变率对积水厚度的影响模式,计算了各车道最大积水厚度,分析了六车道、八车道高速公路积水横向分布规律。研究结果表明:积水厚度与合成坡度、超高渐变率负相关,与降雨强度、道路宽度正相关,其中降雨强度对积水厚度的影响最大,超高渐变率对积水厚度的影响最小;合成坡度为2.02%~8.54%,降雨强度为1~5 mm·min-1时,多车道高速公路超高过渡段最小积水厚度为0.58 mm,最大达到28.35 mm;当降雨强度为5 mm·min-1时,高速公路超高过渡段内外侧车道最大积水厚度差异明显,六车道由内侧车道到外侧车道的最大积水厚度比例为1.0∶3.1∶3.3,八车道为1.00∶0.96∶1.03∶1.36;多车道高速公路超高过渡段积水厚度峰值先出现在道路中间附近,然后向外侧移动,最大积水厚度一般出现在外侧车道。      

边坡岩体中地下水优化排水机理研究

基于对岩体边坡中地下水的存在性态及作用机理分析 ,提出了实用排水模型 ;建立了排水微分控制方程 ,通过敏感性分析求解此方程而得到岩体中地下水的优化排水方向 .此成果在岩体边坡地下水渗流、库岸边坡岩体中地下水的有效排泄、岩体滑坡有效排水等方面具有重要的实用价值 ,丰富了岩体水力学及山地灾害学的科学内涵     

施工过程中岩体等效渗透张量的系统求解法——以三峡工程永久船闸边坡为例

根据对岩体结构面及地下水渗流量的调查和观测,概化出渗透结构面及其分组,利用极值控制法求出渗透结构面的渗透系数,进而求出岩体初始渗透张量;基于初始渗透张量及观测渗流量利用有限元法反求岩体等效渗透张量．该方法能够比较客观地确定施工过程中岩体的等效渗透张量．