巖體卸荷應力場-滲流場耦合試驗研究及數(shù)值分析.pdf

1、目前，水－巖耦合研究是巖土工程領域的前沿課題之一。滲流場和應力場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、試驗研究和數(shù)值分析，對低應力下巖體卸荷應力場－滲流場耦合作用進行了探討，得到了如下主要結論： (1) 在系統(tǒng)論述巖體裂隙幾何及力學特性、卸荷巖體中應力分布特征以及裂隙巖體滲流場－應力場耦合模型的基礎上，以立方定律為基礎，從理論上推導了卸荷巖

2、體裂隙滲透系數(shù)變化量與卸荷量之間的關系式； (2) 基于最小二乘法原理，用Matlab編制程序，對卸荷巖體裂隙滲透系數(shù)變化量與卸荷量之間的關系的試驗數(shù)據(jù)進行了擬合，并與理論值進行對比，二者吻合良好； (3) 借鑒巖體應力－應變曲線滯回現(xiàn)象的P-M模型理論，提出了裂隙巖體應力－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，探討了滲透系數(shù)與卸荷量之間的關系。試驗研究表明：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系；隨著卸荷量的增加，當有效卸荷量達到60％～80％以上時，巖體的滲透系數(shù)將會產(chǎn)生突變，此結果與本文所建立的理論模型計算結果吻合良好；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)逐漸變小； (5) 通過對試驗前后的試樣進行的細觀分析得出：巖體卸荷后，巖體內部的裂紋會合并、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對試驗模型進行了數(shù)值分析，研究表明：考慮耦合作用的徑向應力，隨著有效應力的增加變得越不均勻，而沒有考慮耦合作用的徑向應力，在整個作用過程中的均勻性基本不變；考慮耦合作用時，在端部會出現(xiàn)局部應力突變，沒有考慮耦合作用時，應力為漸變，沒有出現(xiàn)應力突變。模型的徑向應變結果分布與徑向應力結果分布類似； (7) 基于數(shù)值分析，探討了裂隙水壓力的分布形式，并以