耦合精細地質信息和監(jiān)控信息的大壩灌漿數(shù)值模擬方法技術

本發(fā)明專利技術涉及水利水電工程中大壩灌漿數(shù)值模擬領域，為實現(xiàn)精確的預測地質信息及裂隙信息、灌漿效果，提出一種能夠精細模擬地質和裂隙信息，和灌漿工程緊密結合的灌漿數(shù)值模擬方法。為此，本發(fā)明專利技術采取的技術方案是，耦合精細地質信息和監(jiān)控信息的大壩灌漿數(shù)值模擬方法，包括三部分：灌漿施工過程動態(tài)監(jiān)控與分析部分；建立預測地質與裂隙信息的三維精細地質模型，該模型與灌漿施工過程動態(tài)監(jiān)控建立數(shù)據(jù)信息連接，能夠隨著監(jiān)控信息的更新不斷優(yōu)化；最后耦合上述兩部分數(shù)據(jù)信息，完成灌漿數(shù)值模擬。本發(fā)明專利技術主要應用于水利水電工程。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
耦合精細地質信息和監(jiān)控信息的大壩灌漿數(shù)值模擬方法
本專利技術涉及一種水利水電工程中耦合三維精細地質信息和灌漿監(jiān)控信息的大壩灌漿數(shù)值模擬方法。特別涉及一種大壩壩基地質復雜，裂隙交錯雜亂，地質信息與灌漿信息隨灌漿過程的進行不斷更新的情況下，能夠實現(xiàn)準確模擬壩體復雜地質與裂隙信息并結合灌漿監(jiān)控信息不斷優(yōu)化的大壩灌漿數(shù)值模擬方法。技術背景灌漿技術是使?jié){液結石體及采空區(qū)上部巖土層在灌漿后成為強度高、抗?jié)B性好、穩(wěn)定性高的新結構體，從而達到改善采空區(qū)所在區(qū)域地層物理力學性質的目的，以滿足各類土木建筑、巖土地基等的工程施工要求，灌漿技術被廣泛地應用于地基工程、樁基工程、邊坡工程、隧道工程和煤礦開采。目前研究灌漿技術的主要手段分為模型實驗和數(shù)值模擬。灌漿數(shù)值模擬又包括漿液擴散過程的模擬、灌漿后巖層的穩(wěn)定性模擬等方面，本專利技術主要解決水利水電灌漿工程中漿液的擴散及分布模擬方面的問題。在國外，1956年，美國陸軍工程兵團進行了單裂縫中漿液流動過程的模擬試驗。Houlsby(1985)進行了單裂隙中漿液流動過程的模擬。M.J.Yang(2001)針對巖石裂隙產(chǎn)生的不確定性，采用蒙特卡羅法建立了多裂隙的巖石破碎帶模型，將灌漿液作為賓漢姆流體處理，分別模擬了漿液在在單條和多條裂隙中的流動。Bolisetti.Tirupati(2003)提出了一個模擬多孔介質普通灌漿、帷幕灌漿的數(shù)值模型，該模型包括三維地下水徑流滲透模型(MODFLOW)、三維多物質化學反應轉移模型(RT3D)、漿液凝結模塊組成。Sadrnejad.SA(2006)提出了固結灌漿中滲透系數(shù)的變化規(guī)律，建立了模擬漿液在多孔介質中滲透的模型。S.Maghous(2007)建立了耦合質量守恒方程和廣義滲流方程的模型，該模型考慮了流體粘度的變化和孔隙率的變化。FatihaBouchelaghem(2009)首先進行了以細沙為多孔介質的滲透灌漿實驗，并建立了模擬漿液滲透的二維和三維數(shù)值模型。LuoPing-Ping(2010)基于多分數(shù)布朗運動下的分型理論，構建了四組不同正則化尺寸的斷裂面，對單一隨機孔徑斷裂的灌漿過程進行了數(shù)值模擬。現(xiàn)代灌漿技術在我國的發(fā)展歷史較短，五十年代開始應用于土建工程中，但發(fā)展較快，某些方面已達列世界先進水平。在灌漿數(shù)值模擬方面，郝哲(1999)利用蒙特卡羅(MonteCarlo)法模擬巖體裂隙分布，編制開發(fā)出一套反映裂隙巖體中灌漿擴散情況的計算機模擬程序。楊米加(2001)在裂隙結構模擬的基礎上，建立了裂隙網(wǎng)絡非牛頓流體的滲流模型，提出確定灌漿參數(shù)的一般方法。阮文軍(2003)建立了巖體裂隙的穩(wěn)定性漿液灌漿擴散模型，并開發(fā)了計算機程序，該程序可以計算任意時刻的灌漿擴散范圍、裂隙內某點處灌漿壓力隨時間的變化情況。王萬順(2005)將采空區(qū)冒落帶、斷裂帶看作均值各向同性的巖層，假定漿液在其中的運動服從達西定律和質量守恒定律，建立了三維滲流有限元模型。閆常赫(2008)基于滲透灌漿的基本理論，將漿液作為牛頓流體，建立以灌漿孔為中心的三維滲流牛頓流體軸對稱模型。羅平平(2010)參考二維平行板間不可壓縮粘性流體的運動方程，分析推導了賓漢漿夜在等寬光滑傾斜裂隙中的流動方程。許萬忠(2010)建立了漿液在巖石節(jié)理中的滲透概化模型，分析了漿液滲透規(guī)律。湛鎧瑜(2011)假定漿液流態(tài)為層流，推導建立了單一裂隙動水注漿擴散模型，對單一裂隙動水注漿擴散模型進行了編程。程鵬達(2011)通過單孔滲透注漿的數(shù)值模擬，研究了考慮滲流場與應力場條件下，粘性時變性流體在多孔介質中的擴散規(guī)律。從國內外所開展的一系列研究和應用來看，灌漿數(shù)值模擬主要是針對單一裂隙或者幾條裂隙，所采用的理論模型多為一二維，這與實際灌漿工程中復雜交錯布置的裂隙情況或者大面積的多孔灌漿情況差別較大，而且地質和裂隙模型均是通過理論推導得出來的，鑒于地質條件和裂隙的復雜及不確定性，很難能夠建立準確的地質及裂隙模型。此外，灌漿過程的技術方案是隨著灌漿實際情況的變化而變化的，要求灌漿數(shù)值模擬模型和實際灌漿方案緊密結合，隨著才能達到為灌漿工程服務的目的。參考文獻：[1]A.C.Houlsly.Constnlctionanddesignofcementgrouting[M].AwileyIntersciencePublication.JohnWiley&Sons,Inc.1990.[2]M.J.Yang,Z.Q.Yue,P.K.K.Lee,L.G.Tham.Predictionofgroutpenetrationinfracturedrocksbynumericalsimulation[J].Can.Geotech.J,2002,39:1384-1394.[3]Bolisetti.Tirupati,Reitsma.Stanley.Numericalsimulateofchemicalgroutinginheterogeneousporousmedia[J].GeotechnicalSpecialPublication,2003,120:1454-1465.[4]SadmejadSA.Numericalsolutionandhydrodynamicsofgroutpropagationinporousmedia[J].IranianJournalofScienceandTechnologyTransactionB-Engineering,2006,30(B1):151-155.[5]S.Maghous,Z.Saada,L.Dormieux,J.Canou,J.C.Dupla.Amodelforinsitugroutingwithaccountforparticlefiltration[J].ComputerandGeotechnics,2007,34:164-174.[6]FatihaBouchelaghem.Multi-scalemodellingofthepermeabilityevolutionoffinesandsduringcementsuspensiongroutingwithfiltration[J].ComputerandGeotechnics,2009,36:1058-1071.[7]LuoPing-Ping,WangLan-Fu,FanBo.Numericalsimulationofinfiltrationlawsofgroutsinrandomaperturebasedonmulti-fractionalBrownianmotion[J].ChineseJournalofGeotechnicalEngineering,2010,34(2):309-316.[8]郝哲,王介強,何修仁.巖體裂隙注漿的計算機模擬研究[J].巖土工程學報,1999,21(6):727-730.[9]楊米加，陳明雄，賀永年.裂隙巖體網(wǎng)絡注漿滲流規(guī)律[J].水利學報，2001，7:41-46.[10]阮文軍.漿液基本性能與巖體裂隙注漿擴散研究[D].吉林:吉林大學,2003.[11]王萬順，耿玉玲，范運嶺.三維滲流模型模擬采空區(qū)注漿治理過程的研究[J].中國煤田地質，2005,17(1)：22-25本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種耦合精細地質信息和監(jiān)控信息的大壩灌漿數(shù)值模擬方法，其特征是，包括三部分：灌漿施工過程動態(tài)監(jiān)控與分析部分；建立預測地質與裂隙信息的三維精細地質模型，該模型與灌漿施工過程動態(tài)監(jiān)控建立數(shù)據(jù)信息連接，能夠隨著監(jiān)控信息的更新不斷優(yōu)化；最后耦合上述兩部分數(shù)據(jù)信息，完成灌漿數(shù)值模擬。

【技術特征摘要】
1.一種耦合精細地質信息和監(jiān)控信息的大壩灌漿數(shù)值模擬方法，其特征是，包括三部分：灌漿施工過程動態(tài)監(jiān)控與分析部分；建立預測地質與裂隙信息的三維精細地質模型，該模型與灌漿施工過程動態(tài)監(jiān)控建立數(shù)據(jù)信息連接，能夠隨著監(jiān)控信息的更新不斷優(yōu)化；最后耦合上述兩部分數(shù)據(jù)信息，完成灌漿數(shù)值模擬；其中，提出灌漿施工過程動態(tài)監(jiān)控與分析具體為：(1)采用短距離無線網(wǎng)絡技術和移動通信網(wǎng)絡技術共同實現(xiàn)灌漿施工過程中的數(shù)據(jù)集中管理與傳輸；(2)對于短距離無線網(wǎng)絡技術，具體是將在局部的多臺灌漿記錄儀通過短距離無線網(wǎng)絡組成局域網(wǎng)，局域網(wǎng)中的灌漿記錄儀的灌漿數(shù)據(jù)和抬動數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)蕉叹嚯x無線網(wǎng)絡協(xié)調器中，然后將數(shù)據(jù)傳遞到施工管理計算機中；(3)對于移動通信網(wǎng)絡技術，具體是將單個或者多個短距離無線網(wǎng)絡中收集到的灌漿記錄儀的數(shù)據(jù)，通過移動通信網(wǎng)絡長距離發(fā)送到網(wǎng)絡服務器中，經(jīng)應用軟件接收并解析各個短距離無線網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)后存儲到數(shù)據(jù)庫中，供施工管理人員通過互聯(lián)網(wǎng)訪問數(shù)據(jù)頁面來達到查詢和統(tǒng)計灌漿數(shù)據(jù)的目的；(4)水利水電工程灌漿過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)主要包括灌漿參數(shù)信息和檢查參數(shù)信息，灌漿參數(shù)信息通過無線傳輸技術實時采集至數(shù)據(jù)庫，檢查參數(shù)通過Excel接口程序進行數(shù)據(jù)采集。2.如權利要求1所述的耦合精細地質信息和監(jiān)控信息的大壩灌漿數(shù)值模擬方法，其特征是，建立包括地質與裂隙的三維精細地質模型具體為：(1)將水電工程地質數(shù)據(jù)分為確定性和統(tǒng)計性，對于確定性地質數(shù)據(jù)，采用三維混合數(shù)據(jù)結構，地質構造曲面和地質體的NURBS(Non-UniformRationalB-Splines)構造技術實現(xiàn)三維模型構建；對于統(tǒng)計型地質數(shù)據(jù)，采用蒙特卡羅技術(MonteCarlo)對三維裂隙網(wǎng)絡進行構建；(2)針對三維地質模型與三維裂隙網(wǎng)絡，基于布爾運算分析模型之間的空間位置關系，對重疊的地質體進行布爾差運算，從而實現(xiàn)各類地質模型在空間位置上的耦合；(3)結合灌漿監(jiān)控信息，提取新增實測鉆孔錄像、巖芯照片的地質信息，用實測二維地質剖面線代替地質模型中相同位置的模擬地質剖面線，結合原有的確定性地質數(shù)據(jù)，實現(xiàn)巖層、斷層、風化層、軟弱夾層的三維模型的動態(tài)更新；(4)基于實測裂隙信息，對蒙特卡羅模擬得出的裂隙幾何參數(shù)進行優(yōu)化，通過動態(tài)校核技術，動態(tài)校核裂隙三維網(wǎng)絡模型，從而實現(xiàn)三維...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：王曉玲，吳斌平，周正印，敖雪菲，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發(fā)明
國別省市：天津;12