三重介质渗流耦合数值模拟

目前,对岩体水流系统数学模型的研究主要集中在裂隙渗流模型上,可归纳为四种类型的渗流模型,这些渗流模型仍采用连续介质理论的成果,对于真实岩体非连续介质渗流模拟有较大的误差,同时,由于岩体工程及模型结构和参数的非确定性,这些渗流模型预测的可靠性受到质疑.提出岩体非连续介质渗流概念模型,即"孔隙-裂隙-岩块"三重介质渗流耦合模型,以期提高渗流模拟的拟真性.     

以隧洞开挖为例研究影响裂隙岩体渗透性的因素

UDEC离散单元法中关于裂隙岩体开挖模拟及水力全耦合分析模型,可用来分析裂隙岩体洞室开挖后,因围岩应力与水力耦合作用导致裂隙隙宽变化及渗流变化的过程。为了更为直观地了解耦合作用对裂隙岩体渗透特性的影响,本文以隧洞开挖为例,用开挖后隧洞内总涌水量来表征岩体的渗透特性。利用数值试验的方法,研究了块体边界、初始应力比、裂隙隙宽、裂隙夹角对开挖后隧洞内涌水量变化的影响,进而可以得出它们对裂隙岩体渗透性的影响。本文的主要结论为：随着块体尺寸和初始应力比的增大,隧洞内总涌水量减少;随着初始隙宽增大涌水量增大并当达到某一固定值后保持不变;隧洞涌水量在θ2/θ1=3.5,其中θ1=30°,即2组节理的夹角为75°处达到最大。     

裂隙对红粘土边坡渗流稳定的影响分析

为探讨裂隙对红粘土路堤边坡渗流稳定的影响规律,采用非饱和湿热耦合有限元分析方法,模拟了9种裂隙工况下边坡瞬态水分迁移过程,并基于非饱和强度理论耦合计算了边坡稳定性。分析得出,裂隙的存在明显加深了边坡降水影响深度,考虑裂隙工况下降水影响深度为裂隙埋深加上气候影响深度,裂隙间距对湿度影响深度贡献小,它主要控制着降水早期边坡水分迁移,裂隙埋深是影响边坡渗流和稳定的主要因子,裂隙埋深小于1.0m时裂隙对边坡稳定性影响不敏感,而裂隙埋深达到2.0m以上时影响十分显著。     

带缺陷隧道底板结构空气耦合冲击回波响应特性研究

针对隧道底板中空腔、含水、裂缝等结构内部损伤情况，为提高传统接触式冲击回波方法的检测效率，从气-固耦合的角度出发，以空气作为底板结构与检测系统之间应力波传播的耦合介质，开展隧道底板结构内部缺陷的空气耦合冲击回波响应特性研究。研究结果表明： 1）采用空气耦合冲击回波的方法确定的底板结构内部缺陷深度与缺陷理论深度值基本吻合； 2）检测系统的精度与缺陷尺寸及深度有关，随着缺陷尺寸的减小及深度增加，检测精度逐渐降低； 3）空气耦合冲击回波方法对空腔和含水缺陷的检测效果优于裂缝缺陷检测效果。     

深基坑开挖降水对邻近地铁隧道的影响

深基坑开挖降水引起周围土体沉降变形问题是基坑工程的重要研究内容。基于比奥固结理论,以邻近长沙地铁5号线区间隧道的某在建基坑为工程实例,采用修正摩尔库伦本构关系,利用有限元分析软件Midas GTS NX建立三维数值分析模型,进行基坑降水速度对邻近地铁区间隧道影响的敏感性分析、不同工况的施工阶段分析、应力渗流单向耦合分析、完全应力渗流耦合分析与实际监测结果的对比分析。研究结果表明:基坑降水速度增加引起基坑支护结构内力非线性增长;完全应力渗流耦合作用下基坑开挖引起周边地层的位移比应力渗流单向耦合分析结果更符合实际监测结果,该地铁隧道最大变形控制结果满足相关规范要求,分析结果可为类似工程提供参考。     

基于离散单元法隧道开挖裂隙扩张及渗流特性预测

德江隧道穿越石朝向斜轴部,上覆岩溶地下水发育,顶板最小厚度45 m,隧道开挖可能会导致隧道顶板裂隙扩张及渗透性增大,将对隧道顶板隔水能力及隧道涌突水产生巨大影响,采用二维离散元数值模拟软件UDEC模拟德江隧道开挖裂隙扩张规律、渗流场分布及涌突水特征。研究得到:(1)德江隧道开挖将导致隧道拱顶以上50 m内裂隙扩张,渗透性增大;(2)数值模拟得到隧道开挖后最大涌水压力为0.25 MPa,最大流量为0.035 m~3/s,最大值均出现在拱顶,但远小于2.1 MPa汛季水头值,所以顶板仍然具有隔水能力,不会发生突水;(3)隧道开挖将经历应力重分布及裂隙扩张阶段、流固耦合作用阶段、隧道涌水3个阶段;(4)耦合算法模拟汛季开挖、枯季开挖隧道的拱顶位移值均比不考虑地下水的非耦合算法模拟位移值3.2cm大,说明渗流对围岩稳定性具有很大影响。     

岩体不连续面的剪切渗流特性分析

本文研讨裂隙岩体中水与应力的相互作用机理和岩体节理的剪切渗流特性 ,通过对岩体不连续面的渗流理论分析和实验研究得到岩体受力状态与渗透系数与渗流流量之间的关系和岩体不连续面的渗透性随着剪切的发展而显著加大的结论     

隧道涌水预测方法的研究

论述了隧道涌水量预测的基本思路、基本原理与方法,提供了基于双孔介质模型的隧道涌水量及非均质各向异性裂隙含水围岩隧道涌水预测的基本公式,对隧道施工过程中涌水量的预测具有一定指导意义。     

降雨入渗条件下含裂隙边坡稳定性分析

现今对滑坡的研究过程中大多没有考虑坡体之上的裂隙,然而裂隙对降雨型滑坡所起的作用尤为重要。某公路滑坡坡体之上存在大量裂隙,为研究其在降雨过程中渗流及稳定性变化规律,运用有限单元法分别模拟有裂隙和无裂隙时坡体内瞬态渗流场变化、稳定性随降雨历时的变化情况。结果表明:在研究含裂隙滑坡降雨入渗过程中,考虑裂隙时的计算结果与现场观测结果更一致,考虑裂隙对滑坡稳定性的影响十分必要。     

隧道开挖流体-固体耦合分析在复杂断裂岩体中的应用

基于某隧道工程,通过建立模型,研究了隧道开挖流体-固体耦合分析在断裂岩体中的应用。结果表明,在左隧道开挖后,围岩应力分布特征改变明显,应力距离隧道边缘越远变化越小,在洞半径约6倍以外的岩体,应力分布特征恢复到初始应力状态。在隧道拱顶,有较大沉降位移产生,拱腰水平收敛位移较大,拱底隆起变形较大。位移离洞边缘越近,变形越大,离洞边缘越远变形越小,围岩位移基于隧道中线为对称轴呈对称分布。与应力场作用下的应力相比,耦合作用下临近隧道围岩的应力高出约0~2.4 MPa,拱底处的应力要高出0~0.89 MPa。在耦合作用下,隧道洞周位移要大于应力场下的位移,在地下水渗流过程中,应力场发生明显的变化。在渗流场和流固耦合作用下,隧道水头分布情况基本一致,渗流场受应力场影响较小。