地质力学模型

摘要： 降雨型滑坡因其受区域降雨影响而具有分布广泛、灾变因素复杂的病害特征。青海海东地区受季节性降雨因素影响显著,在公路沿线极易遇到降雨型滑坡病害。以青海川官公路民和段古鄯滑坡为例,在现场调查和工程地质勘察的基础上,结合FLAC3D有限差分计算分析,通过对比天然状态下边坡与饱水状态边坡的变形情况,详细分析了滑坡的工程地质条件、变形特征及变形演化过程,研究表明该滑坡是在其特殊的下覆坡体结构及罕见的降雨天气共同作用下形成的,计算结果与滑坡变形特征基本相符,具有较高可信度,为古鄯滑坡的工程设计提供了可靠依据。

摘要： 2022年8月5日,从西南油气田公司获悉,今年金秋气田致密气累计完试水平井47口,井均无阻流量超90×10^(4)m^(3)/d,并培育出18口无阻流量超百万方高产工业气井,这得益于公司多方位优化储层改造技术,持续推动致密气提效提产,支撑致密气高效开发。一是攻关地质工程一体化压裂设计技术,提升致密气改造针对性。针对河道砂岩致密气非均质性较强、部分井改造效果低于预期的问题,建立精细三维地质模型及地质力学模型,开展裂缝形态及产能预测模拟,优化压裂施工参数。

摘要： 叶巴滩高拱坝地质条件复杂,坝体与坝肩的稳定安全问题突出,工程安全性评价及加固处理方案的确定至关重要.采用数值计算分析了叶巴滩拱坝在天然地基条件下的坝肩稳定,并针对揭示的薄弱环节提出加固措施.对加固后的拱坝进行有限元计算及三维地质力学模型试验,综合评价坝肩整体稳定安全性及加固措施的有效性.研究结果表明:天然地基条件下的坝体与坝肩变位较大,并呈现明显左右不对称特性,拱端附近发育的软弱结构面相互错动,对坝肩稳定起控制性作用.坝肩主要结构面加固后,坝体及坝肩变位减小,对称性得到明显改善,坝肩承载力及稳定性得到有效提高,表明所采取的处理措施对拱坝受力变形和坝肩稳定起到良好的加固作用.

摘要： 为了有效指导地下储气库(以下简称储气库)运行上限压力和动态监测井网的优化调整、保障储气库运行安全,以目前中国库容最大、调峰能力最强的新疆H储气库为研究对象,根据储气库高速往复注采地应力场交替变化的特点,综合地质、地震、测井和各类室内岩心实验结果,建立了H储气库区域尺度三维精细地质模型和三维动态地质力学模型,综合评价了H储气库在经历原气藏14年衰竭式开发及其改建储气库后长期高速注采气过程中交变应力下的圈闭动态密封性.研究结果表明:①H储气库地层压力的变化对区域地应力场具有显著影响;②原H气藏开发后断裂两侧地应力具有较大差异,但盖层未发生变形破坏,作为含气边界的控藏断裂也未发生滑移,保证了H气藏改建储气库的安全性;⑦由于H储气库高速注采导致地应力场变得更加不均衡,对储气库注采井的完整性具有潜在的负面影响;④H储气库在长期高速注采运行过程中盖层未发生剪切和拉张破坏,但地质力学数值模拟显示储气库长期高速注采导致储层南部的H断裂两侧形成最大约5 cm的相对错动变形,H断裂的密封性成为影响储气库完整性的薄弱区域;④建议在储气库南部H断裂上盘部署监测井,加强注采动态监测.结论 认为,该项研究从定性和定量两个方面评估了气藏型储气库在交变应力作用下圈闭的动态密封性,对保障H储气库长期注采运行安全具有重要的指导作用.

摘要： 特殊的顺倾层状坡体结构、不合理的坡脚人工开挖与罕见的强降雨的共同作用,是公路、铁路沿线降雨型滑坡灾害发生的重要原因.宝轮服务区属于降雨型滑坡,除具备上述条件外,还存在相对隔水、遇水极易软化成为滑床的炭质泥岩层.本文基于兰州至海口高速公路服务区滑坡坡体地形地貌、地层岩性、水文地质特征和区域气候条件,采用FLAC3D软件模拟计算并分析了天然与饱水状态下边坡坡体的变形,验证了宝轮服务区特殊顺层坡体不合理坡脚人工开挖与罕见强降雨型滑坡诱发机理,计算表明与滑坡变形特征有着较强的一致性,同时具有很高的可信度;提出了宝轮服务区特殊顺层坡体不合理坡脚人工开挖与罕见强降雨降雨型滑坡形成过程及其特征,对类似滑坡防治具有重要的指导价值.

摘要： 为了研究开挖效应对残积土坡坡体内部变形特征及边坡失稳机理的影响,以福宁(福鼎—宁德)高速公路某高路堑边坡为原型,依据相似理论设计地质力学模型所需相似材料及其合理配比,结合自制监测系统和数字照相量测技术,开展基于PhotoInfor的多级边坡开挖效应模型试验研究,分析多级开挖过程中模型边坡坡体位移及应力的变化规律.研究结果表明:开挖过程中边坡坡体变形是由缓慢至加速滑动的渐进过程,坡体中部和坡脚开挖时,坡体内部位移增长速率最快;坡体上部位移大于下部土体位移,且从坡体内部向临空面方向位移逐渐增大;边坡在开挖过程中坡体内部土体应力分布不均,坡脚处应力集中度高,边坡前端推力随着开挖过程逐渐增大;开挖卸载效应打破了边坡原有应力平衡,坡体后缘出现张拉裂隙,裂隙在整个开挖过程中不断发育、扩展和连通,形成贯通裂缝及滑动带,滑动带的形成过程与应力集中→释放→转移→重新调整造成的局部应变集中现象一致;开挖效应具有一定时效性,应力与位移变化并不同步,应变集中具有一定的滞后性,对此类边坡的早期监测,应以水平位移增长速率为控制指标,后期监测应兼顾水平位移和应力水平增长速率,两者缺一不可.该研究成果可为中国东南沿海地区多级边坡开挖的预警监测和支护加固提供重要依据.

摘要： 为研究某城市地下小型采空区的岩层稳定性,采用三维相似模型方法,对城市潜在地质灾害问题进行了超载破坏试验研究.根据相似模拟理论,以中粗河砂为骨料配置了相似材料,采用砌筑法建立了相似模型.对岩层进行逐级竖向加载至破坏,同时监测了地表位移、矿柱和岩层顶板的应变变化,并采用内窥镜拍摄了顶板和矿柱的破坏演变过程.计算分析了岩层表面的位移、曲率变形、顶板的应变,及矿柱的破坏随荷载增加的变化曲线.综合几个方面来分析岩层的稳定性.试验结果表明:①岩层表面荷载小于2 MPa时,岩层表面变形很小,属于稳定状态;2 MPa后岩层变形呈随荷载迅速增大的状态,并表现出明显的不均匀变形特征.②岩层表面荷载不超过1.2 MPa时,顶板应变处于线性小变形阶段,属于稳定阶段;而后顶板应变随岩层表面荷载迅速增加,当荷载增大到5 MPa时,应变曲线上出现明显的拐点,顶板开始出现破坏现象.③根据影像记录,顶板先于矿柱出现受拉裂缝破坏,而后矿柱出现剪切破坏现象.因此,未来的破坏模式必将是顶板先于矿柱出现拉裂缝破坏现象,所以要从防止顶板拉裂的角度来控制岩层的稳定性.综上所述,最终确定岩层表面瞬时荷载为1.2 MPa,并且在未来的开发设计中,应充分考虑该区域岩层因存在地下不规则采空区而导致的不均匀变形问题.

摘要： 目前,中国对于岩质边坡模型试验相似材料的研究已经非常深入,但对于土质边坡,特别是黄土边坡模型试验相似材料的研究却非常浅薄,因此研究出一种适用于黄土边坡模型试验的相似材料具有非常重要的研究价值.通过大量的相似材料配比试验,研制出一种新型的黄土相似材料来模拟诠释兰州报恩寺滑坡的破坏过程,借以兰州报恩寺滑坡为模型,通过常规三轴试验,确定材料的基本力学参数,通过兰州报恩寺滑坡的室内物理模拟底摩擦试验来验证试验相似材料配比 ω黄土:ω河沙:ω石蜡油:ω水=4:1:0.7:0.627的可靠性.并且通过对该材料的试验可得出,该相似材料有使黄土易于保持水分、配置的特点,且价格便宜,方便购买,可模拟按相似比缩小后的大型黄土体,是一种比较理想的模拟黄土的相似材料.

摘要： Water bursts during tunnel construction endanger construction,and it is therefore necessary to reserve a waterproof dike with the required thickness to avoid water bursts and to take reinforcement of the dike and treatment of the structure liable to trigger a water burst.Using the water burst at K5+398 of the Mingyueshan tunnel of the Shanghai-Chengdu expressway as an example,and considering the type of tunnel section and the upright mudstone of the dike,the waterproof dike at the work face is simplified as a round thin plate.A formula for the calculation of a minimum safety thickness for the critical waterproof dike is deduced by analyzing the force applied on the water-proof dike,and the minimum safety thickness for the water burst section at K5+398 of the Mingyueshan tunnel is cal-culated.The numerical simulation analysis demonstrates the critical thickness of waterproof dike at K5+398 of the Mingyueshan tunnel is 1.4-1.55 m,and the calculated water inflow and water burst basically agree with the actual condition.%隧道施工突水灾害严重威胁着隧道施工的安全.隧道施工掌子面前方存在突水致灾构造时,留足一定厚度的隔水岩盘——最小安全隔水岩盘,对确保突水致灾构造中水不至突出以及加固隔水岩盘和处理突水致灾构造至关重要.文章以沪蓉高速公路垫邻段明月山隧道K5+398处突水事件为例,基于隧道断面形式和隔水岩层为近直立泥岩层实际情况,将掌子面隔水岩墙简化为圆形薄板,以弹性力学薄板理论为基础,通过隔水岩墙受力分析,推导出临界隔水岩墙(盘)厚度——最小安全隔水岩盘厚度计算公式,并计算得出明月山隧道K5+398处突水位置最小安全隔水岩盘厚度.通过数值模拟分析验证,明月山隧道K5+398处掌子面隔水岩墙临界厚度为1.4～1.55 m,与实际涌突水情况总体吻合.

摘要： 为了提高钻井异常预警的准确性和效率,提出一种基于地质力学模型的钻井异常预警方法.首先在钻前综合利用区域地震、钻井、测井、录井等信息建立描述地层层序和压力剖面的三维地质力学模型,然后根据随钻信息动态修正,为钻井异常预警提供地质因素特征值;在此基础上融合随钻采集的工程参数,运用人工智能技术建立钻井异常智能预警模型,并开发了其软件系统,实现了随钻异常动态预警.文中结合实例简介了基于地质力学模型的异常预警方法的实现过程及应用示例.

摘要： 光纤光栅传感监测在土木工程原型中逐步得到广泛应用,而在水工地质力学模型试验中应用较少.该监测方法具有体积小、灵敏度高、布置方便等特点,可用于监测拱坝坝面多点应变,并根据应变变化曲线,分析拱坝开裂破坏.本文以木里河立洲拱坝地质力学模型为基础,在坝顶及上游坝面布置光纤光栅传感器,对坝体在超载过程中的应变进行监测,通过光纤光栅传感器监测得到的应变及变化曲线,分析了拱坝坝面的开裂破坏过程,验证了光纤光栅传感器在地质力学模型试验中应用的可行性.

摘要： 中国水电工程建设发展迅速,目前正在兴建和即将建设一批高坝大库,这些工程主要集中在西部的大江大河上,工程规模巨大,山高谷深坡陡,地质条件复杂.如何分析评价这些高坝工程的稳定性和安全性是工程界和学术界关心的热点问题.地质力学模型试验是研究高坝与地基整体稳定的重要方法之一.本文综述了地质力学模型破坏试验研究方法,提出了在一个模型上采用超载与强度储备相结合的综合法试验.在该方法中,既考虑了大坝上游超标洪水的影响因素,同时又考虑了坝肩坝基岩体及软弱结构面强度降低对稳定的影响,因而综合法试验较全面地模拟了影响高坝地基整体稳定的多种因素.根据破坏试验原理和模型相似理论,建立了综合法试验评价安全度的相似关系式,研制了新型模型材料——变温相似材料,通过升温降强的办法实现了模型材料强度逐步降低的力学行为,从而在一个模型上实现了综合法试验.在此基础上介绍了锦屏一级和小湾高拱坝工程应用综合法进行地质力学模型试验的典型实例.

摘要： 白鹤滩水电站是位于金沙江干流上的重要梯级电站.工程开发任务以发电为主,兼顾防洪,电站装机16000MW,是"西电东送"的骨干电源点之一.该工程大坝为混凝土双曲拱坝,最大坝高289.0m.坝址区河谷呈左岸低、右岸高的不对称"V"形,坝肩坝基地质构造复杂,岩体内发育有断层、层间层内错动带、柱状节理、卸荷裂隙等构造,对拱坝与地基的整体稳定性带来不利影响.本文采用三维地质力学模型综合法试验,研究了白鹤滩高拱坝与地基的整体稳定性.试验中充分考虑影响坝肩坝基稳定的各种因素,真实模拟多种不利地质构造,通过模型破坏试验获得了拱坝与地基的变形特征、失稳破坏形态、破坏过程与破坏机理,分析了坝与地基的整体稳定性,确定了拱坝整体稳定安全系数为4.2～4.8,评价了工程的安全性,并针对所揭示的薄弱环节提出了加固处理措施建议.

摘要： 地质力学模型试验能较好地模拟复杂地质条件下实际工程的施工及运营全过程,是研究复杂地质条件下岩土工程问题的有效方法.为有效反映盐穴油气储库介质的蠕变变形特征与变化规律,本文以金坛盐穴储气库为背景工程,根据地质力学模型试验相似原理和原岩物理力学参数,通过大量的材料配比及力学试验,研制出了符合金坛盐穴储气库岩层力学特性的相似材料.该材料在短期力学特性方面表现出弹性变形、塑性变形和应变软化,在蠕变过程中表现出了减速蠕变、稳态蠕变和加速蠕变3个蠕变阶段,与金坛层状盐岩的蠕变特性相吻合,为地质力学模型试验奠定了基础.

摘要： 本文简要介绍了斯伦贝谢的安全优化钻井方案,从地质力学分析获取安全钻井窗口,动态模拟钻井过程,确保在钻井窗口内施工,并利用实时数据更新地质力学模型.

摘要： 某碾压混凝土高拱坝坝址区地质条件复杂,坝基岩体不均匀性严重,断层和长大裂隙纵横交错,层问剪切带横切山谷,坝肩多组不连续节理裂隙相互切割,由此形成的块裂结构岩体直接影响到坝肩抗滑稳定.针对上述地质问题,采用三维地质力学模型试验与有限元数值计算结合的方法,对工程主要地质缺陷进行模拟,进行超载法破坏试验研究.试验得到影响左坝肩抗滑稳定的结构面是f5、f4、Lp285、L2、fj2、fj3、fj4,影响右坝肩抗滑稳定的结构面是f4及Lp4-x、fj3、fj4;基于块体理论分析两岸主要存在三种滑动模式,模型试验和有限元计算均表明最危险模式存在于左岸,试验分析"关键块体"综合安全系数为2.4～3.0,计算分析综合安全系数为2.2～2.6,建议对两坝肩中上部主要结构面和附近岩体薄弱部位进行加固,以确保工程安全性.

摘要： 重力坝是水利水电大坝建设中的重要坝型,随着大坝建设的不断发展,面对的坝基地质条件越来越复杂,坝与地基的深层抗滑稳定问题十分突出,是直接影响工程安全的关键问题之一.本文针对复杂岩基上重力坝深层抗滑稳定问题,以四川省重点建设工程——武都碾压混凝土重力坝16#坝段为研究对象,进行了坝基稳定的三维地质力学模型试验,通过综合法试验研究,获得了坝与地基的工作特性、破坏过程、破坏形态和破坏机理,确定了武都重力坝16#坝段的综合安全系数K.为3.6.并采用三维非线性有限元进行了计算对比分析,数值计算结果表明,在加固地基条件下,16#坝段的综合安全系数K.为4.8,数值计算所获得的坝基破坏形态和破坏机理、揭示的天然坝基的薄弱部位及加固措施的有效性等结论与模型试验的结论基本一致,达到两种研究方法相互验证、互为补充的目的.

摘要： 针对受上部煤层采动影响的底板运输巷道，进行了工程地质力学模型试验，研究了巷道顶板和两帮的裂隙随采动压力变化的分形演化规律。试验表明，随着工作面的推进，底板运输巷道围岩内开始产生裂隙并不断扩展和贯通。运用分形理论定量描述了巷道围岩的损伤破坏程度，表明随着采动压力的变化，巷道围岩分析裂隙网络出现升维。研究结果为制定巷道支护方案，优化支护设计参数，提供了重要的参考。

摘要： 目前在建或拟建的高拱坝工程,普遍存在着山高谷深、地质条件复杂、水库库容和工程规模大、地震烈度高等特点,这些特点导致坝肩稳定问题十分突出,对工程安全带来很大影响.本文针对复杂地质条件下高拱坝坝肩稳定问题,结合大岗山拱坝工程,采用物理模型试验和数值模拟的方法进行深入研究,试验得到了坝肩、坝基失稳的破坏过程和破坏形态,确定了坝肩综合稳定安全度为5.0～5.6.数值分析得到了拱坝及坝肩抗力体的变位、结构面的相对位移、塑性区分布及扩展规律等成果,并确定了拱坝整体稳定安全系数Kc=5.0～6.3.对比模型试验与有限元计算成果,得出两者整体稳定安全系数Kc值相近、坝体和坝肩岩体及结构面的变位两者规律相似、最终破坏区较一致的结论,并针对坝肩的薄弱环节提出了加固处理措施.

摘要： 本发明公开了一种地质力学模型试验大跨度隧道衬砌模型内加强筋布设方法，包括二次衬砌模型内加强筋参数的计算、二次衬砌模型模具的预制和在浇筑空腔内进行混凝土等效材料的浇筑等步骤。本发明通过相似等效缩比设计方法，根据力学模型计算得到了二次衬砌原型相匹配的加强筋配筋率、加强筋截面面积等参数，并研制了隧道二次衬砌缩比模型的预制装置，实现了二次衬砌模型中加强筋的布设，制备的模型真实模拟了隧道现场的混凝土材料，确保了力学试验的准确性；该方案简易、高效的能够模拟衬砌中钢筋的作用机理，利用该方法制作钢筋相似材料的布设装置，该装置钢筋定位准确、易于拆卸且造价低廉，可广泛适用于隧道衬砌模型试验中。

摘要： 本发明公开了一种地质力学模型试验隧道明洞模型受力应变监测方法，该方法具有监测精准、获取信息方便、易于实施等优点。包括步骤：根据试验内容要求确定监测断面，在预制好的隧道明洞表面设计监测断面处做好标记；每个监测断面根据试验内容设计监测元件布设点；布设径向、轴向与环向应变监测元件，将径向应变监测元件安装在明洞模型结构内部，将环向与轴向应变监测元件表贴在明洞表面；进行冲击明洞模型试验，监测明洞应变规律。

摘要： 本发明公开了一种用于地质力学模型试验预留洞室的模型体制作装置及方法，包括底座、十字内撑和至少一段圆柱形侧板；每段圆柱形侧板包括四个平行边弧形柱侧板和四个直角扇形柱侧板，且平行边弧形柱侧板和直角扇形柱侧板交替拼接在一起组成所述的圆柱形侧板；圆柱形侧板底部固定在底座上，圆柱形侧板内部插装所述的十字内撑。通过改变侧板的大小和形状可以实现任意尺寸、任意洞型的模型体的制作。本发明解决了地质力学模型试验中预留洞室制作困难、不同形式的洞型难以预制的问题，同时该发明构造简单、拆卸方便、实用可靠和价格低廉的优点，安装和拆卸等操作方法也易于掌握，具有非常广阔的推广应用价值。

摘要： 本发明公开了一种地质力学模型试验大跨度隧道衬砌模型内加强筋布设方法，包括二次衬砌模型内加强筋参数的计算、二次衬砌模型模具的预制和在浇筑空腔内进行混凝土等效材料的浇筑等步骤。本发明通过相似等效缩比设计方法，根据力学模型计算得到了二次衬砌原型相匹配的加强筋配筋率、加强筋截面面积等参数，并研制了隧道二次衬砌缩比模型的预制装置，实现了二次衬砌模型中加强筋的布设，制备的模型真实模拟了隧道现场的混凝土材料，确保了力学试验的准确性；该方案简易、高效的能够模拟衬砌中钢筋的作用机理，利用该方法制作钢筋相似材料的布设装置，该装置钢筋定位准确、易于拆卸且造价低廉，可广泛适用于隧道衬砌模型试验中。

摘要： 本发明涉及一种地质力学模型试验中大跨度隧道衬砌模型预制装置及方法，该装置包括由内模、外模、底板、顶板、固定柱和泡沫缓冲层组成，该装置可由PVC板、亚克力板和木板经激光雕刻机定位、切割而成。该装置及方法适用于地质力学模型试验中隧道衬砌预埋法，即先制作隧道衬砌，当地质力学模型填料达到一定高度后埋入隧道衬砌，再埋设一定厚度填料，最后进行试验的加载、变形和应力监测等流程。本发明能够根据研究的需要制作不同长度、厚度、扁平率的隧道衬砌，解决了模型衬砌难以制作的问题，同时该发明装置构造简单、便于拆卸重复使用、造价低廉具有广阔的应用空间。

摘要： 本发明涉及运送装置领域，公开了一种应用于三维地质力学模型仿真系统中的模型运送系统，包括用于放置模型的车板、控制车板移动停动的牵引组件、固定轨道、与固定轨道对接的浮动轨道、升降装置，所述车板的下端安装有移动轮，固定轨道和浮动轨道可以对车板的运动轨迹进行限制，增加其运行的稳定性，防止模型运送过程发生偏移，所述移动轮与固定导轨、浮动导轨形状相匹配，所述浮动导轨通过升降装置进行升降，车板可安装运送车，运送车为自行走结构，由电机、减速机驱动车轮行走，模型制成后由运送系统送至试验空间并定位，由第一升降油缸降至车板落在承压台上。

摘要： 本发明公开了一种地质力学模型试验隧道明洞模型受力应变监测方法，该方法具有监测精准、获取信息方便、易于实施等优点。包括步骤：根据试验内容要求确定监测断面，在预制好的隧道明洞表面设计监测断面处做好标记；每个监测断面根据试验内容设计监测元件布设点；布设径向、轴向与环向应变监测元件，将径向应变监测元件安装在明洞模型结构内部，将环向与轴向应变监测元件表贴在明洞表面；进行冲击明洞模型试验，监测明洞应变规律。

摘要： 本申请提供了一种盐穴储气库群的地质力学模型建立方法以及装置，用于为如超深盐穴储气库群的待建立盐穴储气库的评价提供科学、有效的数据支持，保障如超深盐穴储气库群的待建立盐穴储气库的合理选定。

摘要： 本实用新型涉及一种地质力学模型试验中大跨度隧道衬砌模型预制装置，该装置包括由内模、外模、底板、顶板、固定柱和泡沫缓冲层组成，该装置可由PVC板、亚克力板和木板经激光雕刻机定位、切割而成。该装置及方法适用于地质力学模型试验中隧道衬砌预埋法，即先制作隧道衬砌，当地质力学模型填料达到一定高度后埋入隧道衬砌，再埋设一定厚度填料，最后进行试验的加载、变形和应力监测等流程。本实用新型能够根据研究的需要制作不同长度、厚度、扁平率的隧道衬砌，解决了模型衬砌难以制作的问题，同时该实用新型装置构造简单、便于拆卸重复使用、造价低廉具有广阔的应用空间。

摘要： 本实用新型公开了一种地质力学模型试验中的模型制作装置，其特征在于：包括：材料成型模具（1）和添加材料装置（2）；所述材料成型模具（1）包括对称设置的左侧模（3）和右侧模（4），所述左侧模（3）和右侧模（4）内均平行设置有若干相匹配的凹槽（5），所述凹槽（5）的一端开口于所述左侧模（3）或右侧模（4）的上表面，所述左侧模（3）和右侧模（4）组合后形成若干灌注材料的腔室（6）。本实用新型提供的一种地质力学模型试验中的模型制作装置，操作简单、直观、快捷、经济，模具容易制造、易加工成模型、制备方法简易、模型物理化学稳定。