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裂隙化岩体渗流特征及涌水量数值模拟

王晓明  
【摘要】: 裂隙水作为重要的资源、生态环境因子、灾害因子、地质应力和信息载体,对人类的生产生活有着重大影响。随着社会经济的发展,地质工程的规模不断扩大,裂隙水作为灾害因子这一问题日益突出,众多岩质边坡、岩质基坑和地下洞室的稳定性都受到裂隙水各种不良效应的影响,因此,对裂隙水的渗流特征进行研究势在必行。目前,国内外尚没有一套完整、成熟的科学理论和方法进行有效模拟与计算裂隙水的运移规律和排泄量。此方面的研究进展仍处于探索阶段。 本文依托山西省阳泉市泉中花园拟建高层建筑物基坑,对区域内地下水的补给、排泄和裂隙水的渗流特征进行了研究。首先,基于对场地地质规律的综合分析,概化出裂隙水赋存、运移的复合岩体结构模型—地质结构模型;基于多种营力作用下形成的各级各类结构面空间组合规律和研究区域地形特征构建出具有特定边界条件的水文地质结构模型,基坑实际是一个地下水多级次流动系统的人工排泄处。其次,基于对场地各类结构面渗流特征分析,确定了有效渗流结构面,并用不同方法对结构面进行了分组和对比;运用数理统计方法,确定了结构面参数的概率分布形式和数字特征值,建立了结构面的概率模型。在此基础上,采用Monte Carlo随机模拟原理,应用离散元软件建立了结构面二维、三维网络模型。最后,通过试验和经验判定,确定了模型的材料参数和边界条件,运用离散元对岩体结构面网络进行了应力场—渗流场的耦合计算,得出了稳定渗流条件下裂隙水的运动要素,并将计算结果与实测结果进行了对比分析,两者吻合较好,说明建立的岩体结构面二维网络模型能较真实地反映地质体特征,可用来进行裂隙水流的离散元分析。


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