本文利用上述模型，研究河口几何形状对盐水入侵的影响。坐标设置是以河口口门横断面中心的平均水平面为坐标零点，向北为y轴正方向，向东为x轴正方向，向上为z轴正方向。以1天为周期的潮汐做边界输入连续计算直到周期平均的盐度场完全稳定，对稳定以后的周期平均量做分析，通过对数值模拟的结果进行比较，揭示河口几何形状对河口流场以及盐淡水的影响。表1计算工况设置图1计算域的坐标设置和网格划分示意图......
2023-06-26
数值试验成果及分析
【摘要】：图10.10为铅直初始应力0.2MPa、水平初始应力0.1MPa，孔隙压力升高0.5MPa，变形模量1.0GPa，渗透系数1.0×10-5cm/s条件下的位移矢量图。表10.3～表10.5分别为数值试件在方案一、方案二和方案三条件下的计算成果。其他条件相同情况下，岩体中的孔隙水压力水头由10m升高到150m后，其体积应变增加了2个数量级。图10.11孔隙压力增量与体积应变关系图10.11表明在初始应力、渗透系数及变形模量各不相同的情况下，数值试件的体积应变与孔隙水压力增量之间呈显著非线性变化关系。
图10.10为铅直初始应力0.2MPa、水平初始应力0.1MPa，孔隙压力升高0.5MPa，变形模量1.0GPa，渗透系数1.0×10-5cm/s条件下的位移矢量图。由图10.10可知，立方体试件在边界总应力不变条件下，由于试件中的孔隙水压力升高，导致了整个试件产生膨胀变形，即试件在孔隙水压力升高的条件下产生了扩容现象。这一结论与物理实验得到的结论相同。由此可见，采用流固耦合分析理论完全可以模拟岩体在孔隙水压力升高条件下的扩容现象。
表10.3～表10.5分别为数值试件在方案一、方案二和方案三条件下的计算成果。
表10.3 方案一体积应变统计表
表10.4 方案二体积应变统计表
表10.5 方案三体积应变统计表
1.孔隙水压力增量对体积应变的影响
图10.11根据表10.3～表10.5绘制的孔压增量与体积应变关系图，其中纵坐标为对数坐标。由表可知，当试件初始应力数值较低时（铅直应力200kPa，水平应力100k Pa，相当于地表以下10m深度），数值试件中孔隙水压力增量为100k Pa（相当于10m水头）所引起的体积应变为1.50×10-7；孔隙水压力增量为1500k Pa（相当于150m水头）所引起的体积应变为5.779×10-5。其他条件相同情况下，岩体中的孔隙水压力水头由10m升高到150m后，其体积应变增加了2个数量级。由此可见，孔隙水压力增量越大，岩体中产生的体积应变越大，即膨胀程度越大。
图10.11 孔隙压力增量与体积应变关系
图10.11表明在初始应力、渗透系数及变形模量各不相同的情况下，数值试件的体积应变与孔隙水压力增量之间呈显著非线性变化关系。体积应变在孔隙水压力增量为200k Pa附近，变化幅度最大。
岩体初始应力、渗透系数及变形模量变化条件下，岩体体积应变变化规律高度一致，即孔隙水压力增量较小时，引起的体积应变小；孔隙水压力增量较大情况下，体积应变值大。
2.初始应力场对体积应变的影响
图10.12为体积应变与初始应力之间关系图。由图10.12可知，在岩体试件孔隙水压力增量相同情况下，岩体的对数体积应变与初始应力大小之间基本呈水平变化关系，表明岩体中的初始应力值大小对孔隙压力引起的体积应变影响很微弱。这说明，无论自然界中的岩体埋深有多大，只要作用在其中的孔隙水压力相同，其体积应变基本相同，即深层和浅层岩体在孔隙水压力升高条件下都会产生体积膨胀扩容的现象。
图10.12 体积应变与初始应力关系
3.岩体渗透系数对体积应变的影响
图10.13为岩体渗透系数与体积应变之间关系图。由图10.13可知，在岩体试件孔隙水压力增量相同情况下，岩体对数体积应变与对数渗透系数大小之间呈线性增加关系。岩体渗透系数增加1个数量级，体积应变增加约30%～40%。表明岩体中渗透系数大小对孔隙压力增加引起的体积应变影响有较大的影响。
图10.13 渗透系数与体积应变关系
自然界中岩体渗透系数一般与埋深有关，大多数情况下，埋深越大，渗透系数越小；埋深越小，渗透系数越大。按照这条规律，水库蓄水后，浅层岩体渗透性大于深层岩体渗透性，故浅层膨胀变形大于深层岩体的膨胀变形。
4.变形模量对体积应变的影响
图10.14为岩体变形模量与体积应变之间关系图。由图10.14可知，在岩体试件孔隙水压力增量相同情况下，岩体对数体积应变与变形模量大小之间也呈近似线性相关关系。岩体变形模量越小，孔隙压力引起的体积应变越大。
自然界中岩体变形模量一般也与埋深有关，大多数情况下，埋深越大，变形模量越大；埋深越小，变形模量越小。依据图10.14关系可知，水库蓄水后，总体上浅层岩体体积膨胀变形大于深层岩体的体积膨胀变形。
图10.14 变形模量与体积应变关系
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2023-06-23
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