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《露天矿边坡岩体渗透特性及疏干排水模拟分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第24卷第1期煤 炭 学 报Vol.24No.11999年 2月JOURNALOFCHINACOALSOCIETYFeb.19993露天矿边坡岩体渗透特性及疏干排水模拟分析杨天鸿江智明 芮勇勤唐春安 郑雨天(东北大学)(煤炭科学研究总院抚顺分院)(东北大学)摘要 边坡岩体的渗透特性和排水效果分析是露天矿边坡疏干排水设计的技术关键.以现场典型岩体结构面调查为依据,建立了离散介质渗流模型,计算了表征单元体的等效渗透系数张量,应用边界元数值法模拟研究了不同渗透张量情况下的疏干排水效果.分析表明,该技术途径不但适合边坡岩体
2、宏观渗流分析的特点,而且能够较为深刻的认识裂隙渗流的本质,为露天矿边坡疏干排水优化设计提供了理论依据.关键词 露天矿边坡 渗透张量 疏干排水中图分类号 TD82416露天矿边坡岩体渗透特性为各向异性.理论上讲,离散介质方法能如实地描述水在节理岩体中的运动规律;然而,高边坡工程岩体中数量众多的结构面限制了它的应用,等效连续介质方法就有特别重要的工程实用价值.据此,在进行边坡渗流分析及排水工程设计中可以遵循这样的研究思路:以现场岩体渗透结构面测绘统计资料为依据,采用离散介质方法建立典型裂隙网络模型,计算岩体的等效渗透张量;应
3、用等效连续介质模型和边界元数值计算方法分析处理矿山边坡岩体的渗流排水问题.这样处理既适应露天矿高边坡宏观渗流分析的特点,又能够较为深刻的认识裂隙渗流的本质.1 岩体结构面几何参数调查及概率模型的建立通过对某露天煤矿北帮绿色泥岩边坡台阶野外实测到的200多条裂隙进行统计,确定有3组节理发育程度较高,具有明显的优势产状.3组结构面几何参数的概率分布拟合结果如表1所示.表1 某露天煤矿北帮岩体结构面概率模型统计Table1Astripcoalminepsrockconstructionalplaneparameterproba
4、bilitymodestatisticatnorthslope分岩体结构面几何参数特征值组倾 伏 角(°)迹 长m张开度m间距m备注数分布律均值方差分布律均值方差分布律均值单一值1正态61884110正态51222172单一值110e-31167层理2正态5512618121对数正态31201122单一值110e-32150节理3正态11516912190对数正态31201122单一值110e-32150节理 注:结构面的倾伏角按照其产状和测线的走向角的交切关系经转换后求得.[1]建立二维岩体结构面几何参数的概率模型
5、的方法:利用蒙特卡洛法,根据现场结构面统计测量得出的分布律来反求各参数的(伪)随机数,进而产生一个与真实岩体结构在统计上完全等效的结构面网络[2]图形(图1(a)),抽取有导水意义的连通网络图(图1(b)),应用离散介质方法,建立5m×5m的表征收稿日期:1998-10-113煤炭科学基金项目(编号:94采20922)单元裂隙网络,计算岩体的等效渗透张量.2 离散介质模型及渗透张量计算[3]Long依据连续介质各向异性和均匀性原理,建立了应用离散介质模型计算具有等效连续性质的渗透张量的方法,其原理为:围绕一单元网络中心,
6、在不同方向选取相同尺寸大小的正方形研究网络,如图图1 岩体结构面网络图2 渗流区内裂隙网络Fig11RockconstructionalplanemeshFig12Crevassemeshinvadosearea2所示,设二维渗流区域MN和M′N′为定水头边界,MM′和NN′为零流量边界,有n个裂隙交叉点(节点),m个线元组成的均衡域,按水流均衡原理(质量守恒),得其裂隙网络渗流数学模型为Aq+W=0 在渗流域MNN′M′中,HMN=hb1,HM′N′=hb2,5H繮岩=0,面几 5nMM′,NN′76煤 炭
7、学 报1999年第24卷续介质模型进行边坡岩体渗流排水分析的重要依据.3 渗透张量对排水效果影响的边界元模拟分析渗透张量值反映的是裂隙岩体的渗透系数受结构面控制在空间分布上呈现出的各向异性,它会对地下水渗流及排水状态产生显著的影响.下面通过一个算例应用边界单元法模拟研究不同渗透张量情况下的疏干排水效果.[4]311 边界单元法计算原理边界单元法是指把渗流场的边界离散为边界单元,利用格林公式和叠加原理建立边界积分方程,由此解出各类边界单元的结点处边界值,再利用影响函数求解场域内的任一点水头值.设无限域中P点(源点)有单元
8、点源时,在任意点Q(场[5]点)处产生的势(拉普拉斯方程的基本解,图4)11H(Q,P)=ln,图4 边界元法域内势场2πKr(Q,P)Fig14Boundaryelementmethodpotential5Hrini繮V(Q,P)==,0fielddiagrammaticsketchinitpsarea5n2r(4
