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岩体应力—渗流问题耦合分析的数值模拟

0前言 随着大规模岩体工程的不断开发和对岩体力学的深入研究,岩体渗流的特性及其对岩体应力状态的影响已越来越引起人们的重视,国内外许多重点工程都加强了对岩体渗流以及应力场与渗流场的藕合分析的研究‘’」。但是,目前对此还没有一个比较成熟的一致的认识。本文根据故体的渗流特性及岩体和裂隙的力学性质,研究两相祸合问题。1岩体的渗透性及裂隙网络的模拟 一般来说,岩体中存在两种导水结构一种是岩块中的孔隙,另一种是岩体中的裂隙及各种构造面。各种岩体的组成结构不同,导水性的差别很大。根据孔隙和裂隙的导水性的不同,可以将岩体分成四种清况来讨论一zJ。本文讨论其中最一般的情况,即孔隙和裂隙都透水,但两者的透水性有较大差异的岩体。对其他三种情况,只需代入由实验所得到的相应的渗流参数来进行模拟分析,就可得到相应的结果。同种岩体甲水在几隙和梨隙中的渗流特性往往有很大差别,因此对孔隙和裂隙的藕合问题应分别进行处理。 对孔隙渗流问题,由于岩块中孔隙的分布较均匀...  (本文共6页) 阅读全文>>

华北水利水电学院
华北水利水电学院

裂隙岩体渗流与应力耦合数值分析及工程应用

随着我国民经济的飞速发展,土木工程的规模日益增大,工程岩体在渗流与应力相互作用下动态平衡体系中的变形及稳定是许多工程学科面临的共同问题。据统计,90%以上的岩石边坡破坏与地下水渗透力有关,60%的矿井事故与地下水的作用有关,30~40%的水电工程大坝失事是由渗透作用引起的。可见,裂隙岩体渗流与应力耦合分析是岩体力学界一个很有意义但又十分复杂的课题,近年来,岩体渗流与应力(应变)耦合作用研究已成为岩体力学领域的热点之一。描述裂隙水流运动规律的立方定律是建立在平行板裂隙模型基础上得出的,本文以岩体水力学为基础,推导单裂隙非稳定流和变隙宽锲形裂隙渗流计算公式,提出单裂隙渗流系统对裂隙壁的剪切作用并给出了剪切力的计算公式。综述了裂隙岩体渗流分析与力学分析的各类数学模型,对于非双重介质模型—等效连续介质模型和离散裂隙网络模型分别给出了它们的有限元模拟公式,还进一步给出了结合上述两种模型优点的适用于复杂裂隙岩体的耦合统一模型。裂隙岩体渗流与...  (本文共82页) 本文目录 | 阅读全文>>

中南大学
中南大学

裂隙岩体应力—损伤—渗流耦合理论、试验及工程应用研究

裂隙岩体内部富含各种缺陷,包括微裂纹、孔隙以及节理裂隙等宏观非连续面,这些存在的缺陷不但大大地改变了岩体的力学性质,而且也严重影响着岩体的渗透特性,因而裂隙岩体具有复杂的力学特性和渗透特性。应力-损伤-渗流耦合是指裂隙中的渗流水压力加剧岩体裂隙的起裂、扩展、贯通,导致岩体中应力场和损伤场的改变;而岩体应力的改变和岩体裂隙的损伤扩展,又导致裂隙岩体渗透特性变化,进而改变渗流场的分布。本文重点研究了裂隙岩体的应力-损伤-渗流耦合过程,揭示了岩体裂隙在应力-损伤-渗流耦合状态下裂隙的起裂、扩展、贯通规律,探求了裂隙岩体在应力-损伤-渗流耦合状态下由于其裂隙的扩展贯通而导致破坏的机理,进而揭示了含水裂隙岩体失稳破坏的原因。该耦合理论在预防采矿工程中的矿井突水、水利水电工程中的大坝失稳破坏以及水下隧道工程突(涌)水等方面有着广泛的应用前景。本文结合国家重点基础研究发展973计划项目(2007CB209402:矿井突水的动力学特征及控制因素...  (本文共197页) 本文目录 | 阅读全文>>

东北大学
东北大学

岩石破裂过程渗透性质及其与应力耦合作用研究

地下水渗流场和应力场的相互作用和影响称之为渗流与应力耦合。工程岩体在这些因素构成的动态平衡体系中的变形、破坏及其稳定性是许多工程学科面临的共同问题。渗流与应力耦合作用使得岩石的破裂机制十分复杂,这一问题的研究具有更普遍的理论意义和更接近实际的应用价值。为了分析细观结构特性变化引起渗透性演化对宏观力学行为的影响,并进行渗流应力耦合作用下岩石破裂机制的研究,本文基于细观损伤力学和Biot经典渗流力学,建立了岩体损伤非线性本构方程和渗透率关系模型,开发出岩石破裂过程渗流-应力耦合分析系统(Coupling System of Flow & Solid in Rock Failure Process Analysis简称F-RFPA2D),拓宽了原有程序RFPA2D的研究领域。这个系统能够对裂纹的萌生、扩展过程中渗透率演化规律及其渗流-应力耦合机制进行模拟分析,把流固耦合问题的研究从应力状态分析深入到破坏过程分析之中。本文围绕岩石破裂过...  (本文共222页) 本文目录 | 阅读全文>>

《水利水运科学研究》1987年01期
水利水运科学研究

各向异性土渗流的转化问题

一、前 台 口 土坝或江河的堤防,由于分层碾压施工,常形成各向异性土层,其渗透性随方向而变,一般总是水平方向的渗透性大于垂直方向的渗透性(即k二k了)。解决这种各向异性土的渗流问题,采用电解液模型试验及解析计算是无能为力的,通常都是采用等效转换法化为各向同性土处理。现行有关文献均采用改变x轴方法转化为各向同性土,亦即x,=侧石7石x,k产二了灭王玉牙。但是这种习用方法,对于具有交界面的层状土(各向异性)的转化,不宜采用。 此外,现行有关文献对层状土(各向同性)转化为单层土(各向异性)的方法,经本文验算,无论渗流量及各点势函数,均不能对应相等,因而说明了这种转化关系值得商榷。二、各向异性土的转化(一)垂直剖面的二元渗流问题描述各向异性土的二元渗流基本方程为 己Zh.,0么hKx一舀又万十K‘。y‘二口(1)式中x、y分别为水平、垂直座标轴;h为水头;k二、k,分别为水平和垂直方向的渗透系数。当消去方程中的k二、k:,则为转化各向同...  (本文共14页) 阅读全文>>

《郑州工学院学报》1988年02期
郑州工学院学报

复杂围堰渗流问题的研究

水利工程在施工期间,挡水围堰是必要的施工措施。堰体多数用当地材料(砂砾石等)填筑。如果河床复盖层很深(超过20米,且为砂砾石),堰体和堰基的渗透系数K都较大,当渗透流速过大,围堰将丧失其稳定性,所以必须考虑防渗措施。例如堰体采用防渗塑性心墙,堰基采用混凝土防渗墙。此种围堰与土坝相比,其横断面形式较为复杂。所以用水力学的普通公式难于确定围堰的渗流量、流速和浸润线位置。本文用电模拟法和有限单元法对复杂的围堰渗流问题进行了研究分析,取得较满意的结果,可供解决同类问题参考。 一、围堰设计概况 现以黄河上游某水电站工程设计的施工围堰为例,其横断面形式如图1所示。 围堰按全年挡水设计,导流标准P=5%,设计流量为5500米3/秒,水位为1457.7米。图1.围堰横断面形式墙,示。围堰顶部高程1458.5米,土料心墙顶宽4.0米,底部高程为1453.0米,下接混凝土防渗墙厚1.。米,穿过河床复盖层与基岩连接。堰体采用砂砾石填筑。材料渗透系数如...  (本文共8页) 阅读全文>>

《石油学报》1988年03期
石油学报

混采油藏的渗流问题及压降曲线

一、前 -」‘‘ 日 对于均质弱可压缩液体向具有井筒储集和表皮效应井的渗流问题,人们一直用如下方法来描述油井表皮效应对压力的影响尸,(,)一尸(r。,,)一:(r翠、 口r,r即式中尸表压力,r,表井半径,S表井的表皮系数。这种描述方法给油藏渗流间题的求解带来困难,解的形式也较复杂,从而给解的应用也带来不便,更不利的是按这种描述方法所得到的压力解对于零、负表皮效应并不收敛tl1,在实际应用中对压力解必须进行参数组合或近似处理氏31。本文在油藏渗流问题中引入了有效井径来描述表皮效应对压力的影响,这种新的描述方法解决了以下四个问题。 (l)在考虑井筒储集和表皮效应情况下,容易求出储层内各点压力分布的精确表达式。 (2)所得到的压力实空间解和拉普拉斯空间解形式简便,对于正、负、.零表皮系数均收敛,因而对不完善井、完善井、酸化井和压裂井都适用。 (3)在所求得的压力解中,表征井筒储集、表皮效应及窜流能力的一些参数已直接组合在一起,如本文...  (本文共7页) 阅读全文>>