岩体中地下水渗流模拟的主要方法及其适用性..doc

1．岩体中地下水渗流模拟的主要方法，并评述其适用性 岩体水流是由渗透介质空间的结构特征来描述的，表征这种特性的概念模型，是建立岩体渗流数学模型的基础。目前岩体渗流模型正是沿对渗流介质认识、概化的基础上向前发展的，可分为三类： 1 裂隙－孔隙双重介质模型 裂隙－孔隙双重介质模型是建立在双重孔隙度介质这一概念的基础上的，是将裂隙岩体视为由贮水性差而导水性好的裂隙系统和贮水能力强而导水性弱的岩石孔隙系统共同构成的连续介质体，并且考虑了两类系统之间的水交替过程。 2．裂隙网络系统渗流模型(Flow Model in Fractured Network System)。 把岩体看成是由单一的按几何形态有规律分布的裂隙介质组成，岩体中的岩块渗透性极弱，可忽略不计。用裂隙水力学参数和几何参数(如裂隙产状、裂隙间距和隙宽等)来表征裂隙岩体内渗透空间结构的具体布局，所以在这类模型中，裂隙的大小、形状和位置都在考虑之列。这类岩体渗流模型称为岩体裂隙网络系统渗流模型(Flow Model in Fractured Network System)。 3．等效连续介质模型：则是将裂隙中的水流等效平均到整个岩体中，将裂隙岩体模拟为具有对称渗透张量的各向异性连续体，然后利用经典的连续介质渗流理论进行分析、求解。 利用可在现场测量的裂隙水力参数(或几何参数)，如裂隙的方位、密度、张开度等来表征岩体内渗透空间的渗流特性或渗流空间结构的具体格局。可有效的反映岩体渗流的非均匀、各向异性等特征，是目前研究最多、应用最广的模型。 等效连续介质模型的突出优点是可以沿用理论上较为成熟的各向异性连续介质理论进行分析。 ?从广义上讲，任何裂隙岩体均具有“双重介质”的性质，只不过岩石孔隙系统的发育程度随岩石成因、岩性、结构及年代等地质特征而异，变化较大，应从孔隙系统对水在裂隙岩体中的贮存和运移所起作用的角度来认识它，如研究埋深在千米以下的裂隙岩层中地下流体(石油、深层卤水等)运移特征时，岩层中孔隙与微裂隙在其中起着重要作用，此时应采用双重介质模型。然而必须指出的是，运用裂隙－孔隙双重介质模型，为获取所需参数的现场工作和计算过程毕竟比较复杂，因而限制了其在实际问题中的应用。 ??离散裂隙网络模型对岩体裂隙网络体系中每条裂隙都加以具体的模拟，并力图得到裂隙体系中各点的真实渗流状态，显然具有拟真性好、精度高等优点，但当裂隙较多或研究区域较大时，其工作量相当大，甚至可能难以实现；另外，由于裂隙分布具有随机性，要建立离散的真实裂隙系统也较为困难，因此，除了较简单的条件，离散裂隙网络模型尚难在实际工程中广泛应用。 ? 等效连续介质模型沿用理论上较为成熟的各向异性非均质连续介质渗流理论，以大量实测的裂隙系统几何参数求取的岩体渗透张量表征由裂隙系统结构所确定的渗流特性，在实际工作中具有广泛的应用前景。 2试述地下水在斜坡变形中的作用 水是影响斜坡稳定性的最重要的原因之一，水对边坡的水力学作用，主要包括静水压力和动水压力两大方面，其中静水压力又分为岩体的浮力、底滑面的浮托力和侧滑面的静水压力，动水压力主要由边坡岩体中水头差引起。 力学作用形式和边坡的岩土体的介质类型有关，主要和岩土体的透水性能有关。 力学作用大小与水位的高低以及水位的动态变化有关。 地下水在岩土体中的赋存、运动形式不同，表现出不同的力学效应和计算方法，它们可能在坡体中单独存在，有时也共同作用。 边坡岩体介质分类 透水介质：松散土体边坡和节理化程度较高的碎裂结构和散体结构岩体边坡。地下水在岩土体中形成自由运动的潜水，受大气降水或河水补给并影响变化。岩土体内水力联系畅通，有统一的地下水位面。 隔水介质：严格地讲，自然界不存在完全隔水的介质。弱透水的固结密实的粘性土组成的完整结构、块状结构、层状结构的岩体边坡。地下水在岩体中不能自由运动，多受结构面控制，往往形成承压水，边坡岩土体各部位的水力联系不畅通。 复合介质：整个边坡由透水介质和隔水介质相互叠置构成，或前后部位复合，或透水体部分嵌套构成。地下水在边坡中的水力联系十分复杂，比较难以形成统一的潜水面。 1. 静水压力作用 岩土体的浮力：主要考虑岩土体由于孔隙水压力的作用致使其有效自重降低。在稳定性计算中，可采用浮容重来考虑其力学效应。计算公式如下： 式中： 为岩体浮容重， 为岩体饱和容重， 为水的容重，单位为kN/m3。 (2)岩体的浮托力：主要考虑岩土体滑坡底面的静水压力作用，它是一个呈三角形或梯形分布的面力。如图所示边坡某条块的受力情况，底面AB受梯形面力作用，应计算其总的浮托力，参与稳定性计算。 岩土体的侧面静水压力：主要考虑静水压力在边坡条块侧面形成的面力，如图中的AD，