異質(zhì)巖塊復(fù)合單裂隙巖體滲流試驗(yàn)及流固耦合機(jī)理分析.pdf

1、巖體是一種包含不同尺度節(jié)理裂隙的復(fù)雜天然地質(zhì)體，由完整巖石和節(jié)理裂隙組成。在地鐵隧道、海底隧道、煤礦巷道等地下工程中的巖體賦存于一定地質(zhì)環(huán)境中，巖體的賦存環(huán)境主要包括地應(yīng)力場及地下滲流場的作用，地下水在巖體裂隙里的流動過程中地應(yīng)力場與滲流場之間會產(chǎn)生相互影響，這種相互作用是影響巖體滲透特性和工程穩(wěn)定性的重要因素，因此研究巖體滲流過程中應(yīng)力場與滲流場的耦合作用具有重要意義。裂隙巖體的流-固耦合研究多基于單裂隙的流-固耦合，從單裂隙研究入手

2、研究多裂隙巖體流-固耦合是十分必要的?，F(xiàn)有研究工作雖然在裂隙巖體滲流方面取得系列創(chuàng)新性成果，但對于不同性質(zhì)地層接觸區(qū)處裂隙面滲流特性的認(rèn)識尚不全面，現(xiàn)有裂隙滲透理論還不能為實(shí)際工程中不同地層接觸區(qū)處裂隙面滲透系數(shù)的計(jì)算提供可靠的理論依據(jù)和準(zhǔn)確的計(jì)算方法。
　　針對上述問題本文首先通過對人工制作的復(fù)合單裂隙細(xì)砂巖、復(fù)合單裂隙粗砂巖和復(fù)合單裂隙粗細(xì)砂巖巖體進(jìn)行滲流試驗(yàn)，揭示裂隙面兩側(cè)巖性、裂隙水壓及裂隙面法向應(yīng)力對裂隙面滲透性的影響規(guī)

3、律；然后基于三維應(yīng)力下的裂隙-巖塊位移模型，推導(dǎo)考慮裂隙面兩側(cè)巖性、裂隙面剛度系數(shù)、裂隙水壓和裂隙面法向應(yīng)力的裂隙巖體滲透系數(shù)理論計(jì)算公式；最后通過試驗(yàn)對新推出的裂隙巖體滲透系數(shù)計(jì)算公式的正確性及適用性進(jìn)行了驗(yàn)證。通過研究本文得出以下主要結(jié)論：
　　（1）在試驗(yàn)過程中，單裂隙巖體滲透系數(shù)隨裂隙水壓的增加呈線性增加，隨著凈圍壓的增加呈指數(shù)函數(shù)減小。
　?。?）圍壓會引起裂隙的閉合，導(dǎo)致滲透系數(shù)減?。涣严端畨簳沽严稊U(kuò)張，使裂隙

4、滲透系數(shù)增加，并且在單裂隙擴(kuò)展之初裂隙水壓是影響裂隙初始寬度和初始滲透系數(shù)不可忽略的重要因素，因此在進(jìn)行裂隙滲透系數(shù)理論計(jì)算時不宜僅用圍壓減去裂隙水壓得到的凈圍壓來進(jìn)行計(jì)算，而應(yīng)同時考慮裂隙水壓對裂隙滲透系數(shù)的影響。
　?。?）裂隙巖體裂隙面兩側(cè)巖塊的巖性對裂隙滲透系數(shù)有顯著影響，在相同的裂隙水壓和圍壓共同作用下，單裂隙粗砂、單裂隙粗細(xì)砂巖復(fù)合體、單裂隙細(xì)砂的裂隙滲透系數(shù)各不相同，其中單裂隙粗砂巖滲透系數(shù)最大，單裂隙粗細(xì)砂巖復(fù)合巖