岩体裂隙网络矿物溶解-沉淀-迁移数值模拟
岩石多尺度结构的力学响应试验研究与数值模拟
岩石多尺度结构的力学响应试验研究与数值模拟岩石是地壳中常见的材料，其力学性质对地下工程和地质灾害评估具有重要的影响。
为了深入了解岩石在不同尺度下的力学响应特性，科学家们进行了一系列的试验研究和数值模拟，以期能够更好地预测和控制地质工程中可能遇到的问题。
一、宏观尺度试验研究与数值模拟1. 岩石的宏观力学参数在宏观力学试验中，科学家们会针对不同类型的岩石进行拉伸、压缩、剪切等试验，得到宏观力学参数。
这些参数包括弹性模量、泊松比、抗拉强度等，它们对岩石材料的耐久性和承载能力有着重要的影响。
同时，在数值模拟中，科学家们可以根据这些试验结果建立合适的本构模型，用以预测岩石在不同应力状态下的力学响应。
2. 蠕变试验研究除了静态力学试验外，科学家们还进行了蠕变试验研究，以模拟地下岩层长期受力情况下的行为。
蠕变试验可以帮助科学家们理解岩石在长时间内变形和破坏的特点，同时也为预测岩石结构的稳定性提供了重要的依据。
对于岩石蠕变的数值模拟，科学家们使用了不同的本构模型和粘滞模型，以实现对蠕变行为的定量描述。
二、中观尺度试验研究与数值模拟1. 岩石的微结构岩石的微结构对其力学性质有着决定性的影响。
在中观尺度试验中，科学家们利用扫描电子显微镜（SEM）等仪器观察岩石的微观形貌，并研究岩石中的孔隙、微裂缝等特征。
通过中观尺度试验，科学家们可以获取岩石的应力-应变曲线、开裂韧度和断裂韧度等参数，用以描述岩石的断裂特性。
2. 数值模拟为了更好地理解岩石的微观力学行为，科学家们进行了基于离散元方法（DEM）的数值模拟。
DEM模拟可以模拟岩石颗粒之间的相互作用，以及岩石在应力加载作用下的破碎过程。
科学家们通过数值模拟得到的结果可以与实验室试验结果进行对比，从而验证和修正力学参数以及本构模型，并进一步优化模型的精确度和可靠性。
三、微观尺度试验研究与数值模拟1. 岩石孔隙结构微观尺度试验主要集中于岩石内部的微观孔隙结构。
科学家们利用高分辨率的显微镜观察岩石中的孔隙形状、连通性等特征，并进行相关的数值分析。
裂隙非饱和渗流试验研究及有地表入渗的裂隙岩体渗流数值分析
裂隙非饱和渗流试验研究及地表入渗裂隙岩体渗流数值分析1.本文概述本文旨在探索裂隙中非饱和渗流现象的实验研究方法和理论，通过数值分析方法全面分析具有地表入渗效应的裂隙岩体的渗流特性。
裂隙非饱和渗流是地下工程、环境地质、能源开采等领域广泛关注的重要问题。
其复杂性源于裂缝介质的非均质性和各向异性，以及与饱和和非饱和转换过程的密切耦合。
有鉴于此，本研究的目的是为理解这种复杂的渗流行为提供坚实的经验基础和精确的模拟工具。
阐述了裂缝非饱和渗流试验的设计与实施过程。
我们使用先进的实验室设备模拟真实的裂缝结构，精确控制水条件，实现非饱和状态下的渗流实验。
在实验中，重点考察了裂缝几何特征（如宽度、间距、连通性）、孔隙介质特征（如粒度分布、孔隙度、渗透率）和边界条件（如压力梯度、入渗速率）等因素对非饱和渗流规律的影响。
通过精心设计的一系列对比实验，该系统收集并分析了非饱和渗流流速、压力分布、水分特征曲线等关键数据，旨在揭示裂缝中非饱和渗流的内在机理及其对各种影响因素的敏感性。
本文建立了地表入渗条件下裂隙岩体渗流问题的详细三维数值模型。
该模型充分考虑了裂隙网络的复杂性、非饱和土壤水动力方程以及地表入渗水流的动态注入过程。
采用有效的数值计算方法，如有限元法或有限差分法，求解模型，模拟不同降雨模式、地表覆盖条件和裂隙网络参数变化下裂隙岩体内部的水传输、饱和度分布和压力场。
通过与实验数据的比较和验证，保证了数值模型的准确性和可靠性。
在理论分析层面，本文还探讨了非饱和渗流理论在裂隙介质中的适用性和修正性，包括BrooksCorey、van Genuchten等模型在描述裂隙介质水特征曲线方面的适应性，以及考虑裂隙粗糙度和毛细管力效应等因素进行非达西流修正的必要性。
这些理论探索有助于更深入地理解裂缝中非饱和渗流的基本规律，并为改进模型参数的选择和标定提供理论指导。
本文将严格的实验研究与先进的数值分析相结合，系统地探讨了裂隙中的非饱和渗流现象及其在地表入渗条件下的表现。
煤矿采空区岩体渗透性计算模型及其数值模拟分析
煤矿采空区岩体渗透性计算模型及其数值模拟分析孟召平;张娟;师修昌;田永东;李超【摘要】煤矿采空区岩体渗透性是煤矿采空区煤层气抽采设计的基本参数.从煤矿采空区岩体变形-破坏特征分析入手,通过理论分析研究了岩体渗透性与应力之间的耦合关系和模型,揭示了采空区岩体应力-应变和渗透性分布规律.研究结果表明:不同岩性岩石的渗透性在全应力-应变过程中为应变的函数,采空区岩体渗透性决定于岩体破坏程度和断裂的张开度,基于采空区岩体应力-应变导致断裂开度变化,推导了采空区岩体渗透系数与应力之间的三维关系与模型;应用FLAC3D计算软件,对采空区岩体应力-应变-渗透性进行了数值模拟计算,分析了采空区岩体的变形破坏的分区分带特征,在纵向上自上而下形成弯曲下沉带、断裂带和垮落带;在横向上划分为原岩应力区、超前压力压缩区、卸载应力区和岩体应力恢复区;揭示了采空区岩体渗透性分布与采空区岩体应力-应变和破坏规律相一致的特征.无论是垂直渗透系数比(Kz/Kz0),还是水平渗透系数比(Ky／Ky0),均随着距开采煤层垂直距离的增大,采空区岩体渗透性逐渐减小,且采空区边缘的渗透系数较大,采空区两侧煤柱区岩体渗透性显著降低.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2016(041)008【总页数】9页(P1997-2005)【关键词】煤矿采空区;应力-应变;破坏特征;渗透性【作者】孟召平;张娟;师修昌;田永东;李超【作者单位】中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京100083;三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室,湖北宜昌443002;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京100083;山西蓝焰煤层气集团有限责任公司,山西晋城048006;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京100083;山西蓝焰煤层气集团有限责任公司,山西晋城048006【正文语种】中文【中图分类】P618.11随着煤层气勘探工作的不断深入，为保证煤层气勘探开发的持续性发展，抽采煤矿采空区煤层气，已成为煤矿区煤层气的重要资源之一。
基于PFC3D的综放工作面裂隙场演化规律数值模拟
基于PFC3D的综放工作面裂隙场演化规律数值模拟江成浩;刘浩;周晓华;樊程【摘要】为了研究深部强冲击地压煤层综放工作面裂隙场演化规律.以滕东煤矿3下煤层地质情况为例,通过经验公式法确立得到了煤层细观参数,并运用PFC3D软件建立了煤层颗粒流模型,实现了对综放采空区孔隙率变化规律与煤柱裂隙发育情况的模拟研究.结果表明:工作面的回采作业影响了煤层、岩层中孔隙率的变化,当工作面推进至15 m时,煤层、岩层的局部孔隙率出现增大,而当回采距离达到90 m 时,工作面前方煤层孔隙率依然可达0.98,上覆岩层裂隙不断发育;在两工作面回采期间,煤柱裂隙以不同的速度增长,并最终达到最大值.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2019(050)001【总页数】5页(P205-209)【关键词】深部冲击地压煤层;采空区;裂隙发育;孔隙率分布;PFC3D;煤柱【作者】江成浩;刘浩;周晓华;樊程【作者单位】山东科技大学矿业与安全工程学院,山东青岛 266590;山东科技大学矿业与安全工程学院,山东青岛 266590;山东科技大学矿业与安全工程学院,山东青岛 266590;山东科技大学矿业与安全工程学院,山东青岛 266590【正文语种】中文【中图分类】TD324+.1随着煤矿开采由浅部向深部发展，覆岩载荷逐渐集中，冲击地压、矿震等动力灾害凸现[1]。
受此影响，采空区内形成大量形状破碎且不规则的垮落岩体和遗留煤体。
在一定程度上降低了采空区整体的压实程度，促进了采空区、煤柱裂隙场的萌生和发育，增大了流体渗流的通道和空间，使得综放采空区具备了遗煤（可燃物）、漏风（氧气）和瓦斯赋存的条件，从而导致了采空区内遗煤自燃、瓦斯爆炸以及煤与瓦斯突出事故的频发。
所以，深入研究采空区、煤柱中裂隙场的分布特征及其演化规律，对于解决瓦斯抽采以及合理布置工作面具有重要的意义。
目前，学者们常采用理论分析、现场实测、相似材料实验、数值模拟等研究手段对裂隙场演化规律进行探究[2-4]。
一种岩体三维裂隙网络模拟软件的开发及应用
［ ２ ７］ 王军锋 ， 侯 超波 ， 闫勇 ．政府 主导型流域生态补偿机制研究一对
子牙河流域生态补偿机制 的思考 ［ Ｊ ］ ．中国人 口 ・ 资 源与环境 ，
的。但 是 ， 基于概率 统计 理论 ， 通过 现场 地质调 查足 够容 量 的结构 面样 本 ， 获得结构 面参数 的概率分 布。然后借助 于蒙
特卡罗模拟 ， 可以在 一定 程度上再现岩体 内部 结构面 的分布 情况， 上述方法 即可称 为结构面网络模 拟 。
长 的地质历史演 变过程 中 ， 岩体经过 了不 同大小 和不 同方 向 的多期构造应力场 作用 ， 岩 体 内部 发育 了大 量 的结 构 面 ， 这 些结构 面分 布随机 ， 形 态各异 。大量研 究表 明 ， 岩体工 程 特
式， 开发 了岩体结构 面三 维网络模拟程序 ３ Ｄ— Ｊ Ｏ Ｉ Ｎ Ｔ— Ｃ Ａ Ｄ 。以西 南某水 电站右岸拱肩岩体结构 面网络模拟 为例 ，
证 明了 ３ Ｄ—Ｊ ＯＩ ＮＴ—Ｃ ＡＤ 的 可行 性 和 适 用 性 。
关键词 ： 裂隙岩体 ； 网络模 拟； Ａ ｕ ｔ ｏ Ｃ Ａ Ｄ； Ｖ Ｂ语 言 中图分类号 ： Ｔ Ｖ １ １ ２ ０ １ ； Ｔ Ｐ ３ ｌ １
制着岩体 的强度 变形 和渗 透特性 ， 是 岩体工程性 质呈现复 杂 特性的根本原 因。结构 面的存 在一 方面破 坏 了岩体 的连 续
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ９ － ２ ３
作者简介 ： 张伯涛 ， 男， 河南舞钢人 ， 主要从事岩体力学研究工作 。
（ 上接 第 ９ ０页）
［ １ ７ ］ 肖建红 ， 施 国庆 ， 毛春梅 ， 等． 水坝 对河流生 态系统服 务功能 影
应力波与岩石接触面尺寸效应的数值模拟
Vol. 25 No. 2Apr. 2022第 25 卷第 2 期2022 年 4 月西安文理学院学报(自然科学版)Journal of Xi'an University ( Natural Science Edition )文章编号: 1008-5564( 2022) 02-0111-05应力波与岩石接触面尺寸效应的数值模拟石雪洁，蒋庆华，杨波（安徽职业技术学院建筑工程学院，合肥230000）摘要:为了研究应力波接触面积与岩石尺寸之间的关系，采用数值模拟软件RFPA2D 对岩石的破 裂过程进行分析,对同样高度不同直径的灰岩试样进行应力波加载.结果表明：用单轴应力波进行加载 时，不同尺寸的试样底部均会产生较多裂纹，高径比过大或过小试样中部不会产生主裂纹;对于同样的 岩石试样，应力波接触的面积越少，岩石的破裂程度越低;对于同样接触面积的应力波，岩石宽度会使得 应力波的破坏作用迅速下降.关键词:应力波;数值模拟;接触面积;破裂中图分类号:TU452 文献标志码:ANumerical Simulation of the Size Effect Between Stress Waveand Contact Surface of RockSHI Xue-jie,JIANG Qing-hua,YANG Bo（ The Secondary College of Architectural Engineering,Anhui Vocational and Technical College,Hefei 230000,China ）Abstract : In order to study the relationship between stress wave contact area and rock size , the numerical simulation software RFPA2D is used to analyze the rock fracture process , and the limestone samples with the same height and different diameters are loaded with stress wave. The results show that when uniaxial stress wave is used for loading , more cracks will appear at the bottom of samples with different sizes,and the main crack will not appear in the middle of sam ples with too large or too small height -diameter ratio. For the same rock sample , the less the contact area of stress wave is , the lower the fracture degree of rock is. For the stress wave with the same contact area,the rock width will reduce the failure effect of the stress wave rapidly.Key words : stress wave ； numerical simulation ； contact area ； fracture形成石灰岩的沉积环境复杂多变，类型繁多的石灰岩是安徽岩溶地貌发育的物质基础•经常年累月 的侵蚀，在地下形成了以石灰岩为基础的溶洞，由于复杂的地质情况，各种岩体的受力情况十分复杂，不 仅会受到岩土自身重力引起的静力荷载的作用,还会受到因地壳运动、炸药爆破等因素的扰动而对岩石 造成应力波的冲击，这使得煤层和隧道的开挖都会面临严峻的挑战，并且山体内岩石有大有小，大到几收稿日期:2021-08-23作者简介:石雪洁（1989—）,女，安徽淮南人，安徽职业技术学院建筑工程学院讲师，硕士，主要从事建筑工程技术研究；蒋庆华（1965—）,男,安徽肥西人，安徽职业技术学院建筑工程学院副教授，主要从事建筑材料研究； 杨 波（1985—），男，安徽明光人，安徽职业技术学院建筑工程学院讲师,硕士，主要从事工程管理研究.112西安文理学院学报（自然科学版）第25卷吨甚至几十上百吨，小到只有颗粒状.这些形状大小不同的岩石都会受到应力波的作用,岩石的尺寸大 小对于其自身的强度有很大的影响.目前对于不同尺寸的岩石受到静力荷载的研究比较多［1-6］，并对岩 石受到荷载后的裂纹发展作了探究［7-10］,但对于冲击应力波作用于不同尺寸的岩石却鲜有人研究，并且 岩石对于静荷载和动荷载的承载能力有很大不同.所以，对于不同应力波对不同尺寸岩石的作用研究是 非常有必要的.1数值模拟的方案设计为了研究应力波与岩石接触面及不同的高径比之间的关系,本文模拟的 岩石试样高度为100 mm,直径分别为25 mm 、50 mm 、75 mm 、100 mm ；应力波 加载的方式为全部接触面积，一半接触面积和一点接触面积.加载方向为自上 而下加载，即Y 方向.以应力的方式控制加载，时间步长为1 |xs,总的加载步 为70步，启用步中步，应力波采用三角形压缩应力波"，应力波荷载作用于试 样上表面,波峰为p ，作用时间为方.（如图1）模拟岩石试样为灰岩，材料的基本参数根据实际情况设置，均质度系数 为5,泊松比的均质系数为100,以摩尔-库伦准则为模型判断依据，单元化为 每1 mm 对应2个单元格.应力波峰值为9 MPa.材料各参数见表1.表1试样材料参数弹性模量/GPa单轴抗压强度/MPa 泊松比密度/ ( kg - m -3 )压拉比内摩擦角/（。
水泥浆液裂隙注浆扩散规律模型试验与数值模拟
水泥浆液裂隙注浆扩散规律模型试验与数值模拟一、本文概述本文旨在探讨水泥浆液在裂隙注浆过程中的扩散规律，通过模型试验与数值模拟相结合的方法，揭示水泥浆液在复杂裂隙网络中的扩散行为及其影响因素。
水泥浆液作为一种广泛应用的工程材料，在地下工程、岩土工程等领域具有重要的应用价值。
然而，由于裂隙网络的复杂性和不确定性，水泥浆液的扩散规律一直是工程实践中的难点问题。
因此，本文的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
本文将对水泥浆液的基本性质进行介绍，包括其成分、物理性能以及注浆过程中的基本原理。
在此基础上，通过设计合理的模型试验，模拟水泥浆液在裂隙网络中的扩散过程，观察浆液在不同条件下的扩散形态和分布规律。
同时，利用数值模拟方法，建立水泥浆液扩散的数学模型，对试验结果进行验证和补充。
本文将分析影响水泥浆液扩散的主要因素，包括裂隙网络的几何特征、浆液的物理性能、注浆压力以及注浆速率等。
通过对比分析不同条件下的试验结果和数值模拟结果，揭示各因素对水泥浆液扩散规律的影响机制和程度。
本文将对水泥浆液裂隙注浆扩散规律的研究进行总结，提出相应的工程应用建议。
指出目前研究中存在的问题和不足，为后续研究提供参考和借鉴。
通过本文的研究，有望为水泥浆液在裂隙注浆工程中的应用提供更为准确的理论指导和实践依据。
二、水泥浆液裂隙注浆扩散理论基础水泥浆液在裂隙中的注浆扩散是一个涉及多物理场耦合的复杂过程，包括流体力学、渗流力学、材料科学和断裂力学等多个学科的知识。
注浆过程中，水泥浆液在压力作用下通过注浆管进入岩体裂隙，并在裂隙中扩散、填充和固结，最终实现岩体的加固和封堵。
在理论基础上，水泥浆液在裂隙中的扩散行为可以通过渗流方程来描述。
渗流方程通常基于达西定律，考虑到浆液的粘性、裂隙的几何形状以及注浆压力等因素。
浆液在裂隙中的扩散还受到浆液与裂隙壁面间的相互作用影响，包括润湿角、浆液粘附力等。
这些因素共同决定了浆液在裂隙中的扩散范围和固结形态。
随机裂隙网络非饱和水力参数的数值模拟
Ｎｕ ｅ ｉａ ｉ ｌ ｔｏ ｆＵｎ ａ ｕ ａ ｅ ｄ ａ ｌ ｒ ｍ ｅ ｅ ｍ ｒｃ ｌＳ ｍｕ ａ ｉｎ ｏ ｓ ｔ ｒ ｔ ｄ Ｈｙ ｒ ｕ ｉ Ｐａ ａ ｔ ｒ ｃ
ｆ ｒ Ｒａ ０ ｎｄｏ ａ ｔ ｒ ｅｗｏ ｋ ｍ Ｆｒ ｃ ｕ ｅＮ ｔ ｒ
ＫＯ ＮＧ ｉｎ 。 Ｗ ＡＮＧ ａ ， — ｉ ｇ Ｌａ ｇ ， Ｙｕ ｎ。 ＨＥ Ｘｉ ｎ ｐ
（ ．ｎｔｕｅｏ ｅｔ ｈ ｉ ｌ ｎｉｅｒ ｇ Ｈ ｈｉ ｎｖｒ ｔ，ｉ ｇｕＮ ｎｉｇ２０ ９ Ｒ ； １Ｉｓｔｔ ｆ ｏ ｃｎｃ ｇｎｅ ｎ ， ｏａ Ｕ ｉｅｓｙＪ ｎｓ ａｊ １０ ８Ｐ Ｃ ｉ Ｇ ｅ ａＥ ｉ ｉ ａ ｎ
０ 引 言
．
裂 隙岩体的非饱和渗流是最近十几年才开展 起 来 的 ， 及 到核 废 料 处 理 、 染 物 运 移 、 油 ２ 涉 污 石
隙岩体非饱和裂隙渗流作深入细致的研究 。裂隙 岩体渗流的数值模拟 可以使用裂隙网络模型 、 连 续 介质模 型 、 双重 介 质 模 型 等 方 法 。在 裂 隙 网络 模型中， 需要详细地描述裂隙 一 基质之间的水交 换、 每条裂隙的渗流情况 ， 这对于含有很多裂隙的 大尺度问题是很难实现的。因此 目前的研究多是 基于连续介质模型的。在进行数值模拟之前首先 需要知道裂隙岩体 的非饱和水力参数 ， 毛细压 即： 力、 有效饱和度 、 相对 渗透 系数之间的关系 ， 而使
ｍｅ ｂｌｔ ｆｄｆｅ ｅ ｔｄｉ ｃ ｉｎ ｃ ｎ ｕ ｅ ｏ ｅ ｒ ｌｔｖ ｒ ａ ｌｔ ｏ ｄ ｓ ｒｂ ． ａ ｉｉ ｏ ｉ ｒ ｎ ｒ ｔ ａ ｓ ｎ ａ ｅ ｐ ｍｅ ｂｉ ｙ ｔ ｅ ｉ ｅ ｙ ｅ ｏ ｅ ｉ ｅ ｉ ｃ