RFPA2D渗流版培训教程.pptx
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1、主要内容主要内容 RFPA-FlowRFPA-Flow渗流版简介渗流版简介渗流版简介渗流版简介 岩石岩石岩石岩石(岩体)(岩体)(岩体)(岩体)渗流力学特性及基本原理介绍渗流力学特性及基本原理介绍渗流力学特性及基本原理介绍渗流力学特性及基本原理介绍 RFPA-FlowRFPA-Flow渗流版功能按钮与工具条介绍渗流版功能按钮与工具条介绍渗流版功能按钮与工具条介绍渗流版功能按钮与工具条介绍 RFPA-FlowRFPA-Flow渗流版分析问题的流程渗流版分析问题的流程渗流版分析问题的流程渗流版分析问题的流程 工程中有关渗流问题的工程中有关渗流问题的工程中有关渗流问题的工程中有关渗流问题的RFPAR
2、FPA模拟计算模拟计算模拟计算模拟计算一、一、RFPA-Flow渗流版简介渗流版简介RFPA-Flow渗流渗流版简介版简介 RFPA-Flow渗流版渗流版:是继是继是继是继RFPARFPA基本版推出的,利用该版本可进行基本版推出的,利用该版本可进行基本版推出的,利用该版本可进行基本版推出的,利用该版本可进行岩石岩石岩石岩石(体)(体)(体)(体)基本渗流特性的模拟研究,亦可进行水工中岩石基本渗流特性的模拟研究,亦可进行水工中岩石基本渗流特性的模拟研究,亦可进行水工中岩石基本渗流特性的模拟研究,亦可进行水工中岩石(体)(体)(体)(体)流流流流固耦合问题的数值计算分析,如可开展水力水电工程中各类
3、坝体固耦合问题的数值计算分析,如可开展水力水电工程中各类坝体固耦合问题的数值计算分析,如可开展水力水电工程中各类坝体固耦合问题的数值计算分析,如可开展水力水电工程中各类坝体渗流场、孔隙压力场、微震时空展布等特征的计算分析,对承压渗流场、孔隙压力场、微震时空展布等特征的计算分析,对承压渗流场、孔隙压力场、微震时空展布等特征的计算分析,对承压渗流场、孔隙压力场、微震时空展布等特征的计算分析,对承压水煤层开采等工程中的突水等突发性地质灾害的预测预报。水煤层开采等工程中的突水等突发性地质灾害的预测预报。水煤层开采等工程中的突水等突发性地质灾害的预测预报。水煤层开采等工程中的突水等突发性地质灾害的预测预
4、报。观看岩石水压致裂全过程观看岩石水压致裂全过程水压致裂演化全过程水压致裂演化全过程几个有关渗流的事例几个有关渗流的事例大坝基础破坏与相应的渗流场大坝基础破坏与相应的渗流场破坏模式破坏模式声发射声发射水流矢量场水流矢量场加载过程中的载荷、渗透性及声发射演化加载过程中的载荷、渗透性及声发射演化二、岩石二、岩石(岩体)(岩体)渗流力学特性渗流力学特性 及基本原理介绍及基本原理介绍岩石岩石(岩体)(岩体)渗流力学特性渗流力学特性岩石作为天然地质材料,内部赋存着大量的孔隙、裂隙,这些缺陷结岩石作为天然地质材料,内部赋存着大量的孔隙、裂隙,这些缺陷结构的存在不但改变了岩石的力学性质,而且严重影响着岩体的
5、构的存在不但改变了岩石的力学性质,而且严重影响着岩体的 渗透特渗透特性。性。岩石是低渗透性的材料,可以认为其不透水,但破裂失稳过程中随着岩石是低渗透性的材料,可以认为其不透水,但破裂失稳过程中随着裂纹的萌生、扩展和贯通,其渗透率发生重大的变化。一些工程事裂纹的萌生、扩展和贯通,其渗透率发生重大的变化。一些工程事 故故中,如矿井突水、坝体溃决等,还有水压致裂问题,岩体破坏前是不透中,如矿井突水、坝体溃决等,还有水压致裂问题,岩体破坏前是不透水的水的(或低渗透的),渗流应力耦合效应不明显。但应力和水压诱发新(或低渗透的),渗流应力耦合效应不明显。但应力和水压诱发新的损伤过程中,随着裂纹的扩展,应力
6、场、渗流场以及损伤演化过程调的损伤过程中,随着裂纹的扩展,应力场、渗流场以及损伤演化过程调整、迁移以及相互作用十分显著,并将导致岩体失稳。由此可见,研究整、迁移以及相互作用十分显著,并将导致岩体失稳。由此可见,研究岩石块体的力学性质、渗透性质对于工程岩体的渗流稳定性分析、设计岩石块体的力学性质、渗透性质对于工程岩体的渗流稳定性分析、设计具有重要的理论意义和实用价值。具有重要的理论意义和实用价值。岩石岩石(岩体)(岩体)的孔隙特征的孔隙特征(a)良好顺序的沉积矿床的高孔隙结构良好顺序的沉积矿床的高孔隙结构(b)由矿物碎屑充满的低孔隙结构由矿物碎屑充满的低孔隙结构 岩石的孔隙性通常用孔隙率岩石的孔
7、隙性通常用孔隙率n表示。对于大裂隙不表示。对于大裂隙不发育的砂岩、蚀变花岗岩、风化带岩体及超固结的岩体,发育的砂岩、蚀变花岗岩、风化带岩体及超固结的岩体,孔隙性的描述一般与土体大致相同,可按多孔介质处理,孔隙性的描述一般与土体大致相同,可按多孔介质处理,描述孔隙性的指标为孔隙率,即描述孔隙性的指标为孔隙率,即式中:式中:n为岩石的孔隙率;为岩石的孔隙率;Vp为岩石中孔隙、为岩石中孔隙、裂隙所裂隙所占的体积;占的体积;V为岩石的总体积。为岩石的总体积。孔隙率是衡量岩石工程质量的重要物理性质指标之孔隙率是衡量岩石工程质量的重要物理性质指标之一。岩石的孔隙率反映了孔隙和裂隙在岩石中所占的百一。岩石的
8、孔隙率反映了孔隙和裂隙在岩石中所占的百分率,孔隙率越大,岩石中的孔隙和裂隙就越多,岩石分率,孔隙率越大,岩石中的孔隙和裂隙就越多,岩石的力学性能就越差。的力学性能就越差。岩石岩石(岩体)(岩体)的渗透特征的渗透特征 岩体中的水只能沿连通孔隙或裂缝渗透。岩石的渗透性大小可用渗透系数衡量,它主要决定于岩体中的水只能沿连通孔隙或裂缝渗透。岩石的渗透性大小可用渗透系数衡量,它主要决定于岩石孔隙的大小、方向及其相互连通情况。岩石孔隙的大小、方向及其相互连通情况。渗透率渗透率(permeability)是岩体介质特征的函数,它描述了岩体介质的一种平均性质,表示岩体介是岩体介质特征的函数,它描述了岩体介质的
9、一种平均性质,表示岩体介质传导流体的能力。对于均匀各向同性多孔介质而言,其渗透率为:质传导流体的能力。对于均匀各向同性多孔介质而言,其渗透率为:式中:式中:k为多孔介质渗透率;为多孔介质渗透率;d为岩土体颗粒的有效粒径;为岩土体颗粒的有效粒径;c为比例常数。为比例常数。渗流渗流-损伤耦合方程损伤耦合方程 当单元的应力状态或者应变状态将满足某个给定的损伤阈值时,单元开始损当单元的应力状态或者应变状态将满足某个给定的损伤阈值时,单元开始损伤,损伤单元的弹性模量为:伤,损伤单元的弹性模量为:式中:式中:D为损伤变量;为损伤变量;E和和Eo分分别为损伤单元和无损伤单元的弹性模量,这些参数假定都是别为损
10、伤单元和无损伤单元的弹性模量,这些参数假定都是标量。标量。下面以单轴压缩和拉伸本构关系为例,介绍单元的渗透率下面以单轴压缩和拉伸本构关系为例,介绍单元的渗透率-损伤耦合方程。损伤耦合方程。单元渗透率单元渗透率-损伤耦合方程损伤耦合方程单元渗透率单元渗透率-损伤耦合方程损伤耦合方程三、三、RFPA-Flow渗流版功能按钮渗流版功能按钮与工具条介绍与工具条介绍渗流边界条件渗流边界条件动态问题动态问题基基本本工工具具条条New新建新建Open打开打开Save保存保存Print打印打印Copy复制复制Zoom缩放缩放Full Screen全屏显示全屏显示Mesh dividing网格划分网格划分Bou
11、ndary conditions边界条件边界条件Control conditions控制条件控制条件Self defining系统自定义系统自定义Seepage boundary conditions渗流边界条件渗流边界条件Run step by step单步运行单步运行Auto run 自动连续运行自动连续运行Stop run强制停止运行强制停止运行作作作作图图图图工工工工具具具具条条条条Draw by mouse鼠标键盘输入切换鼠标键盘输入切换Material property材料类型选择材料类型选择Select area区域选择区域选择Rectangle矩形矩形Circle圆圆Line单
12、直线单直线Double line双直线双直线Polyline多线多线Polygon任意多边形任意多边形Compositematerial复合材料复合材料Closed Arc封闭弧封闭弧Arc圆弧圆弧Anchor支护支护复合材料增强复合材料增强介质颗粒设置介质颗粒设置显示工具条显示工具条显示工具条显示工具条Shear stress剪应力图剪应力图Max.principal stress最大主应力图最大主应力图Min.principal stress最小主应力图最小主应力图Elastic弹性模量图弹性模量图Acoustic Emission声发射图声发射图e/AE弹模和声发射图弹模和声发射图Loa
13、d-step curve载荷与加载步曲线载荷与加载步曲线AE curve声发射曲线声发射曲线Area AE圈定声发射图圈定声发射图Multi-Element Information多单元信息多单元信息Slide play幻灯播放幻灯播放Displacement vector位移矢量图位移矢量图Stress vector应力矢量图应力矢量图Seepage information 渗流多单元信息渗流多单元信息Flow volume流量分布图流量分布图Water head水位等值线分布图水位等值线分布图Security curve安全系数曲线安全系数曲线Weibull分布函数:分布函数:网格划分网格
14、划分 Y Length(mm),X length(m):Y方向和方向和X方向的尺寸均为所研究问题的实际尺寸,单位为毫米,建立模型的时方向的尺寸均为所研究问题的实际尺寸,单位为毫米,建立模型的时候需要将实际尺寸换算成毫米,单元尺寸为实际候需要将实际尺寸换算成毫米,单元尺寸为实际 尺寸除单元个数。尺寸除单元个数。Rows(Elements),Cols(Elements):单元列数和行数,单元尺寸的划分原则前面已讲述。单元列数和行数,单元尺寸的划分原则前面已讲述。Heterogeneity Index行:行:为均质度,为均质度,weibull统计分布函数中的参数统计分布函数中的参数m,反映岩石介质的
15、均质性。若模拟地下,反映岩石介质的均质性。若模拟地下工程等必须考虑模型本身的重力的工程问题时,需要输入自重的参数,注意自重的单位:工程等必须考虑模型本身的重力的工程问题时,需要输入自重的参数,注意自重的单位:N/mm3。Mean Value:为单元物理力学参数的平均值。为单元物理力学参数的平均值。渗透特性设置渗透特性设置孔隙压力系数孔隙压力系数(poro-water pressure):是岩石本身的固有特性,值的大小为是岩石本身的固有特性,值的大小为0到到1之间;当单元之间;当单元完全破坏,成为空气元的时候,该数变成完全破坏,成为空气元的时候,该数变成1,即孔隙压力终值。,即孔隙压力终值。损伤
16、突变系数损伤突变系数(damage mutaion coeff):是指基元体一旦有损伤,则其渗透性要提高的倍数。是指基元体一旦有损伤,则其渗透性要提高的倍数。分离系数分离系数(separation coeff):是指基元体在完全破坏后,其渗透性提高的倍数。是指基元体在完全破坏后,其渗透性提高的倍数。耦合系数耦合系数(coupling coeff):表征的是应力对材料渗透特性的影响程度。(渗透角度暂时无效)表征的是应力对材料渗透特性的影响程度。(渗透角度暂时无效)水平渗透系数垂直渗透系数孔隙率孔隙压力系数损伤突变系数分离系数耦合系数孔隙压力终值渗流边界条件设置渗流边界条件设置如果涉及渗流计算问题
17、,则必须初始化模型的渗流边界条件,主要操作:先按下如果涉及渗流计算问题,则必须初始化模型的渗流边界条件,主要操作:先按下再按下渗流边界类型再按下渗流边界类型,选择渗流边界条件:,选择渗流边界条件:然后用鼠标在模型边界拉线,鼠标单击结束后,上述对话框中所设置的值就赋予了所选中的边界单元(既然后用鼠标在模型边界拉线,鼠标单击结束后,上述对话框中所设置的值就赋予了所选中的边界单元(既然是边界条件,所以注意不要将其设如模型内部)。注意:压力用水头表示,在计算时候要注意单位的换然是边界条件,所以注意不要将其设如模型内部)。注意:压力用水头表示,在计算时候要注意单位的换算,算,1MPa约等于约等于100米
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