裂隙网络

摘要： 四川盆地红层岩体宏细观裂隙发育,是影响其卸荷变形、吸水风化膨胀和工程特性的控制因素,近年来出现的多起高速铁路深挖红层路堑型路基持续超限上拱变形病害与此有关。为了解红层软岩裂隙发育特征,在原位岩体所有节理裂隙进行现场调查和测量统计基础上,采用统计岩体力学的方法,从不同尺度对岩体结构裂隙进行了深入系统的分析。结果表明,大尺度裂隙多为原生沉积层面,显示地层相变明显;中尺度和小尺度裂隙多为构造及剥蚀卸荷非协调性变形引起局部复杂应力场共同作用所致,深路堑开挖卸荷加剧了张性裂隙发展,以细观尺度裂隙为主,两种尺度裂隙长度分布均符合负指数模型,发育优势方向多垂直于层面,与基于岩体宏观结构面特征的分析结果吻合;该模型可以应用于工程实际,通过易于测绘统计的中尺度裂隙的发育特征分析,建立红层岩体整体形成的地质环境模型及裂隙结构框架,进而对红层岩体力学特性和红层工程岩体变形及稳定性进行更客观的评价。

摘要： 在外部荷载作用下,岩体内部裂隙的形状是影响其强度和稳定性的重要因素之一。为了探究裂隙对岩石力学特性及破坏特征的影响,利用3D打印技术,制备间隙性离散裂隙网络模型,结合数字图像相关技术对裂隙网络类岩石模型试件在单轴压缩条件下的破坏特征进行研究。研究表明:因裂隙的存在,类岩石试件的弹性模量和峰值应力均随之发生显著降低;裂隙网络类岩石试件变形破坏过程中应力-应变曲线大致可划分为微缺陷闭合、线弹性、裂纹萌生与扩展、峰后应变软化4个阶段;基于试件应变场角度,从细观层次分析了裂隙网络分布对扩展路径选择以及局部应变化带演化的影响。该研究可为室内开展复杂裂隙扩展机理提供参考。

摘要： 以某水电站地下洞室围岩局部失稳现象为研究案例,考虑围岩裂隙结构面的随机性和统计分布特征建立二维裂隙网络有限元模型,通过裂隙参数的抽样检查以及进行洞室开挖模拟试算,验证了生成裂隙网络与实际岩体结构的一致性以及裂隙结构面相关力学参数取值的合理性。进一步采用正交设计与神经网络算法形成基于裂隙网络有限元的位移反演分析方法,基于反演力学参数的正向计算结果与施工期地质调查及围岩稳定评价基本相符,可以反映裂隙围岩主要变形特征与失稳机制,并为裂隙结构面力学参数的获取提供了新的研究思路。

摘要： 由于岩体结构的复杂性,如何重构含裂隙网络的物理模型试件是岩石力学试验研究面临的难题之一。本工作提出了一种基于光固化3D打印技术的裂隙网络类岩石试件制备方法。结合数字图像相关方法对裂隙网络类岩石试件加载过程进行非接触式全场变形测量,并引入应变场方差这一指标,定量研究了裂隙岩体变形破坏演化规律及前兆异常特征。试验结果表明:采用光固化3D打印技术可实现裂隙岩体的复杂物理模型重构。裂隙网络类岩石试件的变形破坏过程类似于真实裂隙岩体,可划分为压密、弹性变形、裂纹扩展以及峰后阶段,其应力-应变曲线出现峰后多台阶式跌落特征。综合强度参数、峰后力学特征和试验过程中块体弹射现象来看,制备的3D打印试件可用于模拟裂隙硬岩。采用数字图像相关方法可实现裂隙岩体变形场的动态捕捉,其变形破坏过程表现出明显的应变局部化特征。加载过程中应变场方差的演化过程可划分为初始分异、稳定分异、加速分异以及加加速分异阶段。应变场方差在新生裂纹萌生后呈现出持续增长的趋势,而在进入不稳定裂纹扩展阶段后呈现为陡增趋势,可视为两个前兆点。研究成果可为复杂裂隙岩体的物理重构以及失稳预警提供新的思路。

摘要： 岩体裂隙网络的渗流问题是水电工程设计及施工的难点,由于裂隙网络结构复杂,且裂隙节点间连接方式各异,目前对裂隙连接节点间水流特性的认识尚有不足.基于平行板立方定律,将裂隙渗流问题与模拟电路问题相类比,建立了等效过量压降损耗阻模型.针对串并联连接裂隙,结合所提出的模型,考虑支路次要裂隙对串并联裂隙整体渗流特性的影响,优化了串并联连接裂隙隙宽突变处过量水压损失分析方法.与多裂隙复合连接物理模型试验数据进行了对比,对比结果吻合度良好;定义雷诺数分配系数α,并分析了其在裂隙网络渗流过程中的作用.结合一个基于等效过量压降损耗阻模型的算例,考察了六棱柱柱状节理试样的渗透特性.

摘要： 针对目前岩体裂隙网络注浆封堵机理和浆液扩散规律的研究成果,应用鱼刺图法对岩体裂隙网络注浆封堵率的控制因素进行分析.将岩体裂隙网络注浆封堵率的主控因素归纳为岩体水动力特性、裂隙网络特性、浆液特性以及注浆过程控制四个部分,并建立了岩体裂隙网络注浆封堵率的控制模型,同时针对如何提高注浆封堵率提出了一些有针对性的控制措施.

摘要： 针对裂隙分布对岩柱或煤柱强度和稳定性影响问题,采用合成岩体模型技术(SRM)重构岩柱模型,研究裂隙密度和裂隙倾角对岩柱稳定性影响.合成岩体模型中分别采用平直节理黏结模型(FJBM)、光滑节理模型(SJM)和裂隙网络模型(DFN)模拟岩块、裂隙和裂隙网络.通过单轴抗压试验和单轴抗拉试验标定岩块宏观力学参数(单轴抗压强度、抗拉强度、杨氏模量和泊松比),数值模拟标定结果与试验结果对比表明数值模拟模型细观力学参数能够很好地匹配实验室岩样宏观力学参数.研究结果表明:岩体内裂隙将显著降低岩体抗压强度,岩柱强度随裂隙密度P 21增加而降低;裂隙密度P21由1 m/m2增加至5 m/m2,岩柱平均强度由103.5 MPa降低至69.5 MPa,岩体抗压强度与裂隙密度负相关;裂隙倾角由0°增加至90°,岩柱抗压强度呈"U"形变化;裂隙密度较小时,岩柱易形成"X"形压剪破坏,裂隙密度较大时,岩柱"X"形压剪破坏逐渐消失;岩柱产生的微裂隙与岩体裂隙密度负相关;裂隙倾角小于临界角Φ或大于45°+Φ/2时,岩柱易形成"X"形压剪破坏,而当裂隙倾角介于Φ与45°+Φ/2时,岩柱易形成剪切滑移破坏.岩体合成技术可为确定岩柱强度确定提供一种思路.

摘要： 采用块体动力学分析系统(BlockDyna)中的渗流模块,对裂隙岩体中的压水灌浆规律进行了数值模拟.采用达西渗流模型描述压水过程,采用宾汉渗流模型描述灌浆过程,分别探讨了裂隙数量、裂隙开度对压水吕荣值及灌浆注入量的影响规律.计算结果表明,随着裂隙数量、裂隙开度的增大,吕荣值及浆液注入量均呈现逐渐增大的趋势.裂隙开度对压水吕荣值的影响是二次方关系,裂隙条数是一次方关系,裂隙开度对压水吕荣值的改变更为敏感.由于裂隙随机性及浆液进入截止开度等因素的影响,使得浆液最终注入量会出现局部反常现象.

摘要： 错综复杂的裂隙网络为岩体渗流提供了主要通道,了解岩体裂隙网络结构是开展岩体渗流和溶质运移研究的基础,也是展开后续研究的重要前提。基于CiteSpace软件对Web of Science核心数据库中岩体裂隙网络的相关文献进行分析,旨在对该领域的研究成果进行梳理,挖掘潜在的研究热点。分析结果显示:(1)近年来该领域内的发文量和被引量呈逐渐上升的趋势,具有较大研究发展空间;(2)美国、中国、法国、瑞典、西班牙等国家是该领域贡献最多的国家,中国国家自然科学基金委员会支持的该领域研究成果数量处于世界领先地位;(3)裂隙网络的建立方法、渗流移模拟以及溶质运移模拟是该领域的目前主要研究方向;(4)其他研究方向还包括页岩气储层、数值参数反演、敏感性分析、声波建波、抗压强度等。研究方法包括:遗传算法、人工神经网络、空间聚类等。综合来看,未来岩体裂隙网络的相关研究离不开各学科间的交叉融合、多方法的相互印证和新技术手段的引入。

摘要： 错综复杂的裂隙网络为岩体渗流提供了主要通道.定量角度表征裂隙网络各向异性特征是裂隙岩体渗流研究的重要基础工作.基于离散裂隙网络重构技术,依托RJNS3D三维裂隙网络重构平台,探讨了离散裂隙网络有效定量描述指标,采用测窗法定量研究了离散裂隙网络的各向异性特征.研究结果表明:裂隙密度、裂隙分维、CI值以及相对无量纲密度四个指标能够较好地定量描述裂隙网络的无序性和连通性;当测窗垂直于具有裂隙平均产状的平面时,易于形成复杂程度较高、连通程度较好的裂隙网络,其定量描述指标明显高于其它方向,呈现出明显的各向异性特征;相对各指标平均值而言,二维裂隙密度差异性系数达到0.111～0.493,裂隙分维差异性系数达到0.015～0.072,CI值差异性系数达到0.007～0.180,相对无量纲密度差异性系数达到0.008～0.724;以往用裂隙分维这一单定量指标描述裂隙网络各向异性特征有所欠缺,选取多指标或者选取差异性最为明显的相对无量纲密度较为合理.工程应用分析表明,裂隙网络重构技术和测窗法的运用能够实现裂隙网络各向异性特征的定量描述,为裂隙岩体渗流特征研究奠定基础.

摘要： 岩体裂隙是流体的主要传输通道,而岩块中的孔隙主要提供流体的储存空间.在研究裂隙岩体注浆时,我们主要考虑的应该是岩体的裂隙,因此如何对岩体的裂隙进行表示应该是注浆理论研究的重点.本文应用离散裂隙网络模型对岩体裂隙进行了模拟,确立了液体在裂隙网络中的控制方程,并详细论述了通过蒙特卡罗法生成裂隙网络,最后介绍了岩体裂隙网络注浆渗流与应力耦合的数学模型及其解法.

摘要： 在应用单孔同位素示踪原理的基础上,结合地下水渗流井流理论,建立了二维裂隙网络的渗流计算模型.应用该模型可计算出二维裂隙网络中任意交点(内结点)的水头、等效水力隙宽、渗透系数、水力梯度等参数.

摘要： 笔者目前研究的课题是关于岩石灌浆的理论计算和数值模拟.借此机会,汇报一下在岩石灌浆方面取得的一些初步研究成果.水泥灌浆很早就被广泛应用于地下岩体工程.灌浆的主要目的有两个方面,一是为了防渗止水,二是为了提高岩体的整体性.灌浆技术在工程中特别重要,比如大坝坝基处理,核废料地下处置,地下油库存储及海底隧道建造等,这些重要工程都对防渗要求较高.另外灌浆设计和施工严重影响着工程安全性及整体造价,其中灌浆施工几乎需要花费工程总造价的10％以上.目前,岩石灌浆的精准设计及施工控制依然是一项难题,主要有两个因素:水泥浆液是典型的非牛顿复杂流体,物理性质复杂;岩石裂隙空间几何分布具有很强的不确定性.因此,模拟岩石灌浆需要研究复杂流体在复杂几何中的流动过程.

摘要： 本文采用离散元法对岳家沟隧道围岩的等效力学参数进行了研究.根据平面应变问题中各向异性材料的弹性本构关系,制订了数值试验的加载方案;采用UDEC软件建立了隧道围岩的裂隙网络模型,通过两个主方向的单轴压缩试验确定了相应的等效弹性模量.研究结果表明,隧道围岩沿x、y方向的弹性模量分别为30.1GPa和31.5GPa,约为完整岩石的60％.本文为隧道变形研究提供了参数,也为确定裂隙岩体的等效变形模量提供了一种方法.

摘要： 节理岩体的变形参数呈现出不连续、各向异性、随机性，该参数依赖于完善的节理统计资料、节理模型和完整岩块的变形参数。在进行动力计算时,如何获取节理岩体的动力变形参数是一个比较困难的问题.rn 本研究利用小尺度试件的试验成果，结合岩体裂隙网络，利用静力等效原理确定大尺度下岩体的各向异性变形参数，不仅适用于静力工况，对于动力参数也有较好的效果。它克服了动力等效的诸多困难，是一种行之有效的方法，对于更好地应用数值模拟方法解决岩土工程问题具有重要意义。

摘要： 考虑高坝下游岩石河床的裂隙结构特性，分析河床解体破坏以及冲坑形成的物理机理。基于河床逐层破坏假定，结合水利工程经验公式和理论推导给出动态河床上脉动压强的分布规律。应用蒙特卡洛方法模拟生成基岩仿真一维裂隙网络，沿各网络裂隙线元建立一维瞬变流模型，对高坝下游冲击射流作用下非恒定脉动压力波在复杂裂隙网络内的传播过程进行数值模拟。应用孤立块体逐层自动追踪方法，分析裂隙岩体的解体破坏机理、孤立岩块的瞬时动力力学特性以及岩石河床的逐层破坏过程，提出岩块稳定性判据以及冲坑极限深度的评估方法。

摘要： 裂隙岩体坝基渗流分析成果是进行大坝工程设计的重要依据之一.采用非连续介质的裂隙网络渗流原理对裂隙岩体坝基进行渗流分析,计算工况包括设置灌浆帷幕和排水孔与否及其组合共四种情况.由计算结果可以看出,坝基总渗注量主要由灌浆帷幕的质量和帷幕区的渗透系数决定,坝基排水孔在排出渗水和降低渗透压力方面起着极其重要的作用.

摘要： 提出了裂隙岩体中单一非等宽裂隙的渗透模型,探讨了对具有多组节理的裂隙岩体进行渗透性分析的方法,并以锦屏一级水电站工程为例,基于坝址区岩体节理的实际测量资料,建立渗流计算模型,对岩体的渗透特性进行评价.

摘要： 提出了裂隙岩体中单一非等宽裂隙的渗透模型,探讨了对具有多组节理的裂隙岩体进行渗透性分析的方法,并以锦屏一级水电站工程为例,基于坝址区岩体节理的实际测量资料,建立渗流计算模型,对岩体的渗透特性进行评价.

摘要： 本发明公开了一种基于裂隙网络连通性的裂隙流的MODFLOW模拟分析方法，该方法通过利用Monte Carlo随机模拟技术生成裂隙网络，并且建立DFN模型，然后通过DFN和SC方法进行渗流分析。本发明在连续—非连续介质模型的构架内，将单条裂隙刻画到有限差分网格，不但有效地保存下了裂隙流，同时还能应用传统的地下水流模拟软件如MODFLOW进行渗流计算，为裂隙岩体的渗流计算提供了一种简单、实用的计算方法。

摘要： 一种随机分布三维裂隙网络中裂隙的测定装置和方法，属于岩土施工技术领域。首先选取在裂纹交汇处测量Y型或X型，然后钻了微型口插入橡胶管，在橡胶管的末端与之连接的是个半圆形槽，保证它们连接处的密封性，随后在半个圆形槽里放入压力传感器，测得数值，最后根据公式求得流速。通过实验，分析总结得出它的流速普遍规律性，推导出渗透水压力作用的裂隙岩体本构关系方程。本发明克服现有技术的空缺，提供一种简单易行、成本低的随机分布三维裂隙网络中裂隙压力的测定方法。此发明能够解决在随机分布三维裂隙网络中的裂隙空间狭小的问题，使裂隙网络渗流研究与工程应用的可行性显著提高。

摘要： 随机分布三维裂隙网络中裂隙对相交判断方法，包括：将三维空间中的每个裂隙用圆盘模拟，根据给定的随机分布裂隙几何参数生成随机分布的裂隙网络；用轴向包围盒代替裂隙圆盘；将整个裂隙网络所在的岩块分成小块，块内包含的裂隙圆盘轴向包围盒和在切面上相交的裂隙圆盘轴向包围盒归入该小块；每一小块作为独立单元，块内根据裂隙圆盘轴向包围盒的空间特征，采用空间数据索引算法构建空间裂隙索引以快速进行初步相交判断，得到块内所有可能相交的裂隙对。进一步包括对所有可能相交的裂隙对进行精确判断的步骤。此方法速度快、成本低，能够大大减少裂隙岩体渗流计算量，明显缩短裂隙岩体流体渗流和溶质运移数值模拟计算时间。

摘要： 本发明涉及一种针对岩心裂隙构造裂隙网络模型的方法，含有以下步骤：(一)岩心断面图像获取，(二)岩心裂隙区域识别，(三)裂隙网络模型的构建；一方面，本发明结合了岩心的二维与三维特征进行裂隙区域的双重识别，具有更好的裂隙识别准确率，另一方面，本发明基于提取出的裂隙中轴面点和裂隙开度等几何参数信息，提出了一种构造裂隙离散平行板模型，并将其转化为裂隙网络模型的方法，通过在两相邻平行板之间设计过渡的控制单元体，消除了模型中因相邻两平行板开度不同和存在夹角问题而产生后续渗流特征的计算误差问题，使得构建裂隙网络模型在渗流模拟实验中更具有效性和准确性。

摘要： 本发明公开了一种基于裂隙网络连通性的裂隙流的MODFLOW模拟分析方法，该方法通过利用Monte Carlo随机模拟技术生成裂隙网络，并且建立DFN模型，然后通过DFN和SC方法进行渗流分析。本发明在连续—非连续介质模型的构架内，将单条裂隙刻画到有限差分网格，不但有效地保存下了裂隙流，同时还能应用传统的地下水流模拟软件如MODFLOW进行渗流计算，为裂隙岩体的渗流计算提供了一种简单、实用的计算方法。

摘要： 本发明属于放射性废物处置领域，涉及一种离散裂隙网络评价放射性核素在岩石裂隙中迁移的方法。所述的方法依次包括如下步骤：野外裂隙的实测统计及参数拟合、离散裂隙网络的生成及裂隙网络中不连通性裂隙和死端裂隙的删除、计算裂隙网络中节点水头、计算裂隙网络中的放射性核素浓度。用该方法评价放射性核素在岩石裂隙中的迁移，可有效提高计算效率，从而有效的指导安全评价的源项计算工作的开展。

摘要： 一种随机分布三维裂隙网络中裂隙的测定装置和方法，属于岩土施工技术领域。首先选取在裂纹交汇处测量Y型或X型，然后钻了微型口插入橡胶管，在橡胶管的末端与之连接的是个半圆形槽，保证它们连接处的密封性，随后在半个圆形槽里放入压力传感器，测得数值，最后根据公式求得流速。通过实验，分析总结得出它的流速普遍规律性，推导出渗透水压力作用的裂隙岩体本构关系方程。本发明克服现有技术的空缺，提供一种简单易行、成本低的随机分布三维裂隙网络中裂隙压力的测定方法。此发明能够解决在随机分布三维裂隙网络中的裂隙空间狭小的问题，使裂隙网络渗流研究与工程应用的可行性显著提高。

摘要： 随机分布三维裂隙网络中裂隙对相交判断方法，包括：将三维空间中的每个裂隙用圆盘模拟，根据给定的随机分布裂隙几何参数生成随机分布的裂隙网络；用轴向包围盒代替裂隙圆盘；将整个裂隙网络所在的岩块分成小块，块内包含的裂隙圆盘轴向包围盒和在切面上相交的裂隙圆盘轴向包围盒归入该小块；每一小块作为独立单元，块内根据裂隙圆盘轴向包围盒的空间特征，采用空间数据索引算法构建空间裂隙索引以快速进行初步相交判断，得到块内所有可能相交的裂隙对。进一步包括对所有可能相交的裂隙对进行精确判断的步骤。此方法速度快、成本低，能够大大减少裂隙岩体渗流计算量，明显缩短裂隙岩体流体渗流和溶质运移数值模拟计算时间。

摘要： 一种岩体三维裂隙网络模型快速智能生成和剖切方法，属于岩体表征技术领域，其步骤包括：(1)岩体结构面数字摄影测量快速获取；(2)岩体结构面极点图和产状玫瑰花图智能绘制系统研发；(3)岩体三维裂隙网络模型智能生成和剖切系统研发。本发明采用数字摄影测量方法快速获得结构面几何参数，基于模糊等价聚类分析方法编程研发岩体结构面极点图和产状玫瑰花图智能绘制系统，基于蒙特卡洛方法编程研发岩体三维裂隙网络模型智能生成和剖切系统，实现了结构面极点图、产状玫瑰花图、三维裂隙网络模型和二维裂隙网络模型的快速智能绘制。本发明方法手段快速智能，工程应用便捷。

摘要： 一种岩体三维裂隙网络模型快速自动生成和剖切方法，属于岩体表征技术领域，其步骤包括：(1)结构面三维激光扫描快速获取；(2)结构面极点图和产状玫瑰花图自动绘制系统研发；(3)岩体三维裂隙网络模型自动生成和剖切系统研发。本发明采用三维激光扫描技术快速获得结构面点云数据，基于近邻传播算法编程研发结构面极点图和产状玫瑰花图自动绘制系统，基于蒙特卡洛方法编程研发岩体三维裂隙网络模型自动生成和剖切系统，实现了结构面极点图、产状玫瑰花图、三维裂隙网络模型和二维裂隙网络模型的快速自动绘制。本发明方法手段快速自动，工程应用便捷。