三轴应力作用下岩石单裂隙的渗流特性

侧向应力作用下岩体裂隙开度呈现增大的趋势,采用侧向应力影响系数,将侧向应力等效为作用于裂隙法向的拉应力,基于岩体裂隙法向闭合变形法则,建立了三轴应力作用下裂隙开度表达式,在此基础上推导了岩石单裂隙渗流与三轴应力耦合模型.采用人工劈裂贯通裂隙进行三轴应力下的渗流实验,研究结果表明,法向应力、侧向应力以及渗压对裂隙渗透系数有显著的影响,裂隙渗透系数随法向应力的增加而减小,而随侧向应力或渗压的增加而增大,裂隙渗透系数与三轴应力呈指数函数关系.实验结果与理论分析具有很好的一致性.     

单孔示踪方法测定裂隙岩体渗透性研究

论述了单孔中测定裂隙岩体渗透系数、等效水力了隙宽及静水头的方法与有关的井流理论,单孔稀释定理推广到测定岩体渗透流速、流向等参数方面,推导了钻孔揭露多裂隙组稳定流混合井流理论,分别对吸水、涌水及单裂隙（组）的情况进行了讨论,并且介绍了试验仪器与方法,将单孔示踪方法应用于群孔之中,结合裂隙岩体的走向、倾角、裂隙分布等,确定出研究区域的裂隙岩体中的渗流场分布,该茂成果已应用于对家峡左坝肩裂隙岩体流场的研     

利用渗透张量法求取裂隙岩体渗透系数的随机误差分析

利用渗透张量法求取裂隙岩体的渗透系数是目前在求取裂隙岩体渗透系数中运用最广泛的方法之一.作者在分析裂隙岩体渗透张量计算公式的基础上,提出了利用渗透张量求取裂隙岩体渗透系数的误差的主要影响因素,详细论述了各因素对计算结果的影响.以此为出发点,利用误差的传递定律推导出了充填裂隙岩体和张开裂隙岩体的随机误差计算公式,并结合实际工程问题分别对充填裂隙和张开裂隙两种情况下利用随机误差公式进行了的误差分析.工程实践表明,误差分析的结果是合理的、可靠的.该误差公式的提出为修正利用渗透张量计算裂隙岩体渗透系数提供了一种新的思路和方法.     

单节理岩体抗压强度的数值模拟

为研究单节理岩体抗压强度随节理面倾角及围压变化时的变化规律,利用数值模拟软件UDEC对围压一定时不同节理面倾角的岩体进行了抗压强度实验.结果表明:围压一定,随节理面倾角的增大,岩体抗压强度先减小后增大,在倾角介于45°~60°时抗压强度达到最低值,呈典型的"U"形趋势;节理面倾角一定,随着围压的增大岩体抗压强度也随之增大,整体呈线性变化趋势,可拟合为一次函数,与理论导出式一致;随节理面倾角增大岩体抗压强度增大幅度呈先减小后增大趋势,近似于围压一定时岩体抗压强度随节理面倾角变化规律.     

煤体细观损伤理论分析与数值模拟研究

裂隙是煤岩体在采掘过程中表现出的一种基本的力学现象。为了探究煤岩体的损伤程度和裂隙在受载情况下的发育情况,本文通过理论与实验室试验结合的方法:首先研究了煤岩的孔隙率和损伤力学的基本理论,建立了损伤演化的基本模型;然后,应用了实验室单轴循环加卸载试验与数值模拟相结合的方法进行研究,通过单轴压缩试验,表述煤岩体应力应变全过程曲线示意图,并且分析得到裂隙发育的三种主要阶段。研究结果表明:微裂隙的发育受轴向应变率与围压的共同影响,宏观裂隙的发育主要集中在与轴向成20°~40°的区域内。     

煤岩体裂隙集度演化理论模型

为了描述煤岩体内裂隙演化对其宏观力学特性的影响,引入了裂隙集度参量,从热力学平衡方程出发,推导出裂隙集度演化方程;根据岩石试件单轴压缩的全程应力应变实验结果,给出了单轴压缩下的裂隙集度演化方程和考虑裂隙集度对煤岩体力学性质影响的非线性弹性裂隙演化本构方程;通过单轴压缩煤岩试样实验数据值与理论值对比,两者吻合度相当高,证明了理论分析及其理论模型的正确性。     

剪切荷载对裂隙渗透性影响研究现状

综述了剪切荷载对裂隙岩体渗流特性影响的研究现状,认为:目前这方面的研究主要采用室内试验和数值模拟2种方法.室内试验方法可以准确地得到剪应力和裂隙渗透系数的关系,但对试验仪器精度的要求比较高,试样的制作比较复杂,试验的可重复性差;数值模拟方法能够定性地模拟出剪应力对裂隙渗透性的影响,但裂隙的宽度、走向、密度和长度等参数较难确定.总结了剪切过程中裂隙岩体渗透系数的变化规律,即:剪胀发生前,裂隙渗透系数随剪切位移的增加而减小;剪胀发生后,裂隙渗透系数随剪切位移的增加急剧增大,达到峰值位移后裂隙渗透系数趋于稳定甚至会减小.指出了需要进一步研究的问题:剪切荷载作用下裂隙变形和破坏规律;不同法向荷载作用下剪切荷载对裂隙渗透性的影响;裂隙岩体本构关系;等等.     

围压对含裂隙茅口灰岩渗透率的影响

取煤炭坝茅口灰岩制作成圆柱体试样,分析围压对含裂隙茅口灰岩渗透率的影响.基于MTS多功能岩石试验系统,研究了同一轴压不同围压作用下,含裂隙茅口灰岩渗透率的变化情况.实验结果表明,同一轴压作用下,试样渗透率随围压的增大而减少,其中低围压作用下渗透率变化比较敏感,高围压作用下渗透率变化缓慢,指数函数较好地拟合体积应力、渗透系数和渗透压之间的关系.     

TRC与老混凝土界面黏结力破坏模型

采用双面剪切的试验方式研究了纤维编织网增强混凝土(Textile Reinforced Concrete,TRC)与老混凝土界面性能.依据塑性力学极限分析理论以及新老混凝土界面模型,修正了TRC与老混凝土界面模型,推导了常规环境下二者界面最大黏结力的理论计算公式.在此基础上,根据不同氯盐干湿循环次数影响下二者界面黏结力的试验值,拟合得到环境影响系数.据此推导了氯盐干湿循环下TRC与老混凝土界面黏结力的理论计算公式.通过对比理论计算值与试验值的相对误差,检验了理论模型及计算公式的正确性.     

考虑注浆圈与复合衬砌时体外排水方式设计

基于反映法、叠加原理及渗流力学理论构建了是否含注浆圈的两种体外排水简化计算模型,推导了隧道与体外排水洞涌水量的计算公式、隧道二次衬砌外水压力表达式,通过解析退化验证了理论模型及解析公式的正确性与适用性,根据推导公式进行了参数敏感性分析,最后通过数值模拟进一步进行了检验.结果 表明:体外排水洞与隧道涌水量均随注浆圈渗透系数的下降而非线性降低,隧道二次衬砌外水压力随注浆圈渗透系数的下降而非线性增大,但其临界值小于常规排水方式;增加初期支护的厚度可达到降低二次衬砌外水压力及隧道涌水量的目的;围岩与注浆圈、注浆圈与初期支护渗透系数合理比值分别为15与100,同时须严格控制二次衬砌渗透系数;排水洞洞径对体外排水洞涌水量影响显著,为保护地下水资源,体外排水洞洞径推荐为0.2 m.     

地铁行车载荷下土体累积孔压正交试验分析

为研究地铁行车载荷作用下隧道周围土体孔压特性,基于正交试验设计进行了多组动三轴试验,计算并分析了累积孔压受围压、动应力幅值、频率以及振动次数因素的影响率.结果表明:含水量越大的土体,地铁行车载荷产生的累积孔压越高;累积孔压受单因素影响较大,影响率最大是动应力幅值,其次是围压、频率,最小是振动次数;围压与振动次数、频率与振动次数间的耦合作用对累积孔压影响可忽略,其他因素耦合作用均不可忽略;在一定条件下,耦合作用影响效果比单因素显著,如动应力幅值与围压耦合作用要比单因素振动次数对累积孔压的影响要大.     

深埋高围压高水压下低渗透岩石的渗透特性

为了探讨深埋高围压条件下低渗透岩石的渗透特性,取锦屏二级水电站大理岩试样分别进行不同围压条件下全应力—应变过程渗流试验。根据试验结果分析得出:岩石渗透系数变化与体积变形密切相关。因此,采用变形相关的渗透系数来研究岩石在破坏前后不同阶段的渗透系数与体积应变的关系。对于低渗透岩石,在峰前阶段渗透系数变化不明显,峰后破坏阶段渗透系数显著增大。高围压使岩石破坏延迟,岩石峰前阶段的低渗透特性表现的更持久。用变形相关的渗透系数模拟岩体流—固耦合问题更符合实际工程。     

水压力作用下岩石中Ⅰ和Ⅱ型裂纹断裂准则

为了研究裂隙岩体在水作用下的损伤断裂机制,考虑水产生的垂直裂纹面的静水压力和平行裂纹面的拖拽力,分析处于压剪和拉剪状态的单裂纹应力状态,推导出水作用下裂纹的应力强度因子.还定义基于断裂韧度的损伤变量,并将损伤变量引入Dugdale裂纹模型,推导出水损伤作用下压剪和拉剪应力状态下裂纹的应力强度因子.基于压剪条件下的断裂准则和最大周向应力理论,推导出压剪和拉剪应力状态下,考虑水损伤作用的裂隙岩体断裂准则.     

爆炸荷载下深地下硬岩的动力模型及其数值分析

为了提高深地下硬岩爆炸近区岩体动力行为预测的可靠性和准确性,引入改进的C.C.Grigorian模型,详细推导了本构方程的积分。基于LS-DYNA9703D二次开发平台拟制用户子程序,计算了岩体耦合装药时高围压条件下球状药包中心起爆时爆炸近区的岩体动力响应。研究了不同围压时空腔壁上质点永久位移规律,揭示了围压、岩体抗压强度与空腔半径变化之间的关系,并与类似试验结果及弹性模型、弹塑性模型的计算结果进行了对比分析。结果表明,改进的C.C.Grigorian模型的计算结果与实验符合较好,适用于高围压水平下的爆炸近区计算;爆炸空腔膨胀受围压约束显著,相对空腔半径和围压与岩体强度之比近似成线性关系。     

近水平层状复合岩石地基承载力的取值研究

结合工程实例，对近水平层状复合岩基承载力理论公式所得的计算值与岩基载荷试验所测的试验值进行比较，初步验证了理论计算公式的正确性和可行性。     

破碎煤岩峰后渗流-蠕变实验

为探究煤岩体峰前峰后的渗流蠕变规律,设计了基于自主研发三轴渗流蠕变测试仪的渗流蠕变实验.通过采用控制变量法分别递增围压、轴压、孔压,拟合曲线得出了随着围压、轴压、孔压的分别递增情况下的煤岩体峰前及峰后渗流蠕变规律.实验结果表明:煤岩体未破碎之前,渗流量与孔压成正比、与围压成反比,且随着裂隙的增多,渗流量也会逐渐增大;煤岩体蠕变速率随着轴压的增大而增大;峰后煤岩的裂隙会在轴压和水流作用下先扩张后压密,轴向变形和横向变形的速率急速增长,轴压随着松弛不断降低后趋于平缓,渗流量随着裂隙的变化先增大后减少,围压在横向变形作用下不断上升.     

裂隙倾角对泥质白云岩强度影响试验研究

地下岩体中普遍存在的裂隙是影响岩体拉压性能的重要因素之一。依托贵阳轨道交通工程,采集泥质白云岩,开展劈裂试验和单轴压缩试验,分析了不同裂隙角度对泥质白云岩拉、压性能的影响。结果表明:(1)劈裂试验中,泥质白云岩抗拉强度为3～7 MPa,平均值为5. 03 MPa,抗拉强度随裂隙角度的增大呈下降趋势,劈裂模量为0. 1～2. 84 GPa,整体呈幂函数下降趋势;(2)泥质白云岩的抗压强度较高,分布在60～130 MPa之间,平均抗压强度为87. 25 MPa;随裂隙角度的增大,试样抗压强度呈先减小后增大趋势;通过理论推导,得出岩体中最易破裂裂隙角度为22. 5°～45°,与试验结果相符;弹性模量随裂隙倾角整体呈上升趋势;(3)通过对泥质白云岩拉压强度对比,得出泥质白云岩抗压强度平均值与抗拉强度平均值之比为18. 97。     

考虑裂隙-岩块间水交换的单裂隙非饱和渗流影响因素分析

为了研究考虑裂隙-岩块间水交换时单裂隙非饱和渗流的影响因素,应用分形几何法生成裂隙开度分布,根据毛细吸持理论和入侵准则形成充水域,基于水量平衡方程,建立了能考虑裂隙-岩块间拟稳态水交换的单裂隙非饱和渗流分析模型.进行了不同岩块孔隙率、不同岩块渗透系数及不同岩块初始饱和度情况下的单裂隙非饱和渗流数值模拟,以单裂隙非饱和渗透系数为评价指标,分析了各因素的影响程度.结果表明:岩块孔隙率对裂隙渗透性影响甚微;岩块渗透系数和岩块初始饱和度对裂隙渗透性存在较大影响,岩块渗透系数越大,裂隙-岩块间的水交换越剧烈,裂隙渗透性变化越明显,裂隙非饱和渗透系数随岩块初始饱和度的变化而变化.因此,在岩块渗透性较好或裂隙与岩块干湿差别明显的情况下,不能忽略裂隙-岩块间的水交换.     

周期荷载作用下冻融裂隙砂岩变形破坏机理

为研究裂隙岩体在冻融与周期荷载作用下的变形破坏机理,采用宏观周期荷载试验与细观核磁共振试验以及颗粒流数值模拟相结合的方法,对不同冻融循环次数作用下裂隙砂岩的宏细观破坏机理进行研究。结果表明：冻融次数的增加使裂隙砂岩强度降低,破坏时扩容现象加剧,细观尺度上表现出孔隙尺寸及数量增加;冻融及周期荷载耦合作用使裂隙砂岩破坏裂纹发展多且复杂,破坏程度更严重,细观表现为T2谱峰总面积变化率增幅更加显著、大尺度孔隙占比增加;周期荷载作用下裂隙砂岩的变形曲线趋势可作为判断疲劳强度门槛值范围的依据,获取变形预警值;颗粒流模拟结果说明,周期荷载作用下裂隙砂岩的新的裂纹在预制裂隙尖端处集中萌生并以翼裂纹为主要扩展模式,围压作用下裂隙砂岩的破坏模式更趋向于剪切张拉复合型破坏。研究结果可为寒区裂隙岩体边坡稳定性评价及灾害防治提供参考。     

节理岩体数值模拟及力学参数确定

采用FLAC3D程序和离散裂隙网络技术构建的遍布节理岩体模型能同时考虑节理岩体中节理和岩体的作用,具有概念清晰、建模快捷、计算效率高等特点. 首先对现场结构面测绘数据进行统计分析,获得其概率分布特征参数,在此基础上分两尺度考虑节理并确定其离散裂隙网络模型;其次基于离散裂隙网络模型构建相应的节理岩体模型,研究其强度特征并获取工程岩体单轴抗压强度;结合Hoek-Brown、Mohr-Coulomb准则及最大围压拟合综合确定节理岩体力学参数;最后将拟合所得参数用于边坡稳定性分析,分别运用强度折减法和极限平衡法计算两种模型的安全系数,对比发现计算结果基本一致,表明所提出的研究思路用于确定节理岩体参数是可行的.