巖體卸荷應(yīng)力場(chǎng)-滲流場(chǎng)耦合試驗(yàn)研究及數(shù)值分析.pdf

1、目前，水－巖耦合研究是巖土工程領(lǐng)域的前沿課題之一。滲流場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的分布及其耦合情況，是影響裂隙巖體工程穩(wěn)定性的重要因素。針對(duì)目前使用卸荷方法研究水－巖耦合作用較少的研究現(xiàn)狀，本文基于理論分析、試驗(yàn)研究和數(shù)值分析，對(duì)低應(yīng)力下巖體卸荷應(yīng)力場(chǎng)－滲流場(chǎng)耦合作用進(jìn)行了探討，得到了如下主要結(jié)論： (1) 在系統(tǒng)論述巖體裂隙幾何及力學(xué)特性、卸荷巖體中應(yīng)力分布特征以及裂隙巖體滲流場(chǎng)－應(yīng)力場(chǎng)耦合模型的基礎(chǔ)上，以立方定律為基礎(chǔ)，從理論上推導(dǎo)了卸荷巖

2、體裂隙滲透系數(shù)變化量與卸荷量之間的關(guān)系式； (2) 基于最小二乘法原理，用Matlab編制程序，對(duì)卸荷巖體裂隙滲透系數(shù)變化量與卸荷量之間的關(guān)系的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合，并與理論值進(jìn)行對(duì)比，二者吻合良好； (3) 借鑒巖體應(yīng)力－應(yīng)變曲線滯回現(xiàn)象的P-M模型理論，提出了裂隙巖體應(yīng)力－滲透系數(shù)曲線滯回現(xiàn)象的P-M模型； (4) 通過卸荷滲流試驗(yàn)，探討了滲透系數(shù)與卸荷量之間的關(guān)系。試驗(yàn)研究表明：隨著巖體的卸荷，巖體滲透系數(shù)與

3、卸荷量近似成一雙曲線關(guān)系；隨著卸荷量的增加，當(dāng)有效卸荷量達(dá)到60％～80％以上時(shí)，巖體的滲透系數(shù)將會(huì)產(chǎn)生突變，此結(jié)果與本文所建立的理論模型計(jì)算結(jié)果吻合良好；在卸荷量一定的情況下，隨著孔隙水壓力的加－卸荷循環(huán)變化，其滲透系數(shù)逐漸變??； (5) 通過對(duì)試驗(yàn)前后的試樣進(jìn)行的細(xì)觀分析得出：巖體卸荷后，巖體內(nèi)部的裂紋會(huì)合并、發(fā)展、匯合，并最終形成大的裂隙，此裂隙即為滲流的主要通道，導(dǎo)致了巖體滲透系數(shù)的大幅度增加，是影響巖體滲流特性的重要原

4、因之一； (6) 以變剛度彈簧單元建立裂隙模型，用大型有限元軟件Ansys對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行了數(shù)值分析，研究表明：考慮耦合作用的徑向應(yīng)力，隨著有效應(yīng)力的增加變得越不均勻，而沒有考慮耦合作用的徑向應(yīng)力，在整個(gè)作用過程中的均勻性基本不變；考慮耦合作用時(shí)，在端部會(huì)出現(xiàn)局部應(yīng)力突變，沒有考慮耦合作用時(shí)，應(yīng)力為漸變，沒有出現(xiàn)應(yīng)力突變。模型的徑向應(yīng)變結(jié)果分布與徑向應(yīng)力結(jié)果分布類似； (7) 基于數(shù)值分析，探討了裂隙水壓力的分布形式，并以