淺談裂隙巖體滲流與應(yīng)力耦合的問題

1、裂隙巖體滲流與應(yīng)力耦合淺析裂隙巖體滲流與應(yīng)力耦合淺析匡坤華（遼寧工程技術(shù)大學采礦工程阜新123000）摘要摘要：針對巖體在滲流與應(yīng)力相互作用下動態(tài)平衡體系中的變形及穩(wěn)定，提出了裂隙巖體滲流與應(yīng)力耦合的研究課題問題，結(jié)合巖體滲流的特性，分析了裂隙巖體應(yīng)力與應(yīng)變對滲透系數(shù)的影響情況，然后對裂隙巖體滲流插和應(yīng)力場藕合作用及反演分析的思想和方法進行了論述，最后對目前裂隙巖體滲流場與應(yīng)力場耦合的研究進展和存在的問題進行了介紹。關(guān)鍵字：關(guān)鍵字：裂隙

2、巖體；滲流；耦合；反演分析stresscouplinganalysisofseepageflowinfracturedrockmassKUANGKunhua(SchoolofLiaoningTechnicalUniverstyMiningengineeringFuxin123000)Abstract:rockmassinteractionintheseepagestressthedynamicbalancesystemthedefmat

3、ionstabilityofthefracturedrockmassproposedcouplingofseepagestressresearchissuescombinedwiththeacteristicsofrockseepageanalysisofthefracturedrockmassstressstrainonthepermeabilitycoefficientofthesituationthenfracturedrockc

4、oupledseepagestressfieldoftheroleofioninversionanalysisofideasmethodsarediscussedfinallythecurrentfracturedrockmassseepagefieldstressfieldofresearchprogressthereisTheproblemisintroduced.Keywds:Fracturedrock；seepage；coupl

5、ing；backanalysis隨著我國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，工程巖體在滲流與應(yīng)力相互作用下動態(tài)平衡體系中的變形及穩(wěn)定是許多工程學科面臨的共同問題。據(jù)統(tǒng)計，90％以上的巖石邊坡破壞與地下水滲透力有關(guān)，60％的礦井事故與地下水的作用有關(guān)，30%～40％的水電工程大壩失事是由滲透作用引起的?？梢?，裂隙巖體滲流與應(yīng)力耦合分析是巖體力學界一個很有意義但又十分復(fù)雜的課題，近年來，巖體滲流與應(yīng)力(應(yīng)變)耦合作用研究已成為巖體力學領(lǐng)域的熱點之一。1巖體滲

6、流的特征1.1滲流的各向異性巖體的滲流各向異性是指巖體在各個方向的上的滲透特性各不相同，通常用滲透張量來表示，不連續(xù)面的成組性和空間展布的不均勻性是造成滲流各項異性的主要原因，通常在節(jié)理裂隙密集的方向上，巖體的滲透性占主導優(yōu)勢。1.2滲流的不均勻性巖體的滲流非均勻性是指巖體空間系統(tǒng)內(nèi)不同位置的滲透系數(shù)大小不同，即滲透系數(shù)是坐標的空間函數(shù)。對于多孔介質(zhì)及準多孔介質(zhì)，巖體的滲流不均勻性主要是孔隙和節(jié)理裂隙分布差異造成的，宏觀上巖體滲流的不均

7、勻性主要是不連續(xù)面的發(fā)育程度的差異造成的。。1.3滲流的非飽和性由于粗糙程度和開度的差異，不連續(xù)面不同部位的滲透特性可能相差很大，有些部位成為氣封閉域，致使?jié)B徑復(fù)雜化，而開度大的部位就成為優(yōu)勢滲流主槽。一些勘探表明，雖然處于地下水位以下，但有的裂隙內(nèi)仍然是干燥或僅有少量裂隙滲水，這說明巖體處于非飽和狀態(tài)。巖體滲流的非飽和性是流體通過裂隙時流動的重要特征。2裂隙中滲流與應(yīng)力耦合分析2.3一種滲流系數(shù)與耦合的關(guān)系在總結(jié)他人工作的基礎(chǔ)上，有人

8、采用了采用連續(xù)介質(zhì)模型，以立方定律和Biot經(jīng)典耦合方程為基礎(chǔ)，同時考慮三個主應(yīng)力的影響，以應(yīng)力第一不變量I1和孔隙水壓力作為滲透率的函數(shù)，即根據(jù)有效應(yīng)wp力原理，提出考慮應(yīng)力對滲流的影響的耦合方程：1()0()12nwllpgkpeevc??????K為滲透系數(shù)；為孔隙水壓力，為孔隙水壓力系數(shù)和應(yīng)力耦合系數(shù)；n為求解問題的維數(shù)，一維問題“=1，wP??、二維問題H=2，三維問題n=3。得出的應(yīng)力一滲透率關(guān)系方程反映了巖體的滲透系數(shù)隨法

9、向應(yīng)力的增大而減小，當應(yīng)力增大到一定值，滲透系數(shù)趨向一個穩(wěn)定值，耦合關(guān)系方程基本反應(yīng)了滲流與應(yīng)力耦合特性。耦合關(guān)系是以主應(yīng)力和孔隙水壓力作為基本變量，反應(yīng)了滲流與應(yīng)力的耦合非線性關(guān)系。優(yōu)點：其它的耦合關(guān)系一般是建立以法向應(yīng)力為基本變量的滲透系數(shù)函數(shù)，本文得出的應(yīng)力一滲透率關(guān)系方程是以三個主應(yīng)力為基本變量的方程，能反應(yīng)三維狀態(tài)圍壓的影響：另外應(yīng)力一滲透率關(guān)系方程還考慮了孔隙水壓力的影響。3對裂隙巖體滲流和應(yīng)力場藕合進行反演分析巖體的滲流特

10、性與裂隙的幾何參數(shù)特別是隙寬密切相關(guān)，而裂隙的幾何參數(shù)又會隨巖體應(yīng)力場變化而發(fā)生顯著改變，因此裂隙巖體滲流場與應(yīng)力場之間存在著強烈的耦合作用，己成為人們的共識。國內(nèi)外學者已進行了大量的兩場耦合研究工作，然而如何確定滲流、應(yīng)力及其耦合的參數(shù)一直是該領(lǐng)域研究的難點和關(guān)鍵問題，曾有人提出全耦合參數(shù)靜態(tài)反演的思路，基于水頭、位移等多類型觀測資料和全耦合正分析的方法，實現(xiàn)了滲流、應(yīng)力的參數(shù)靜態(tài)反演，如此不僅能夠提高傳統(tǒng)的參數(shù)反演方法的結(jié)果可信度，

11、而且為確定這些不易直接測定的參數(shù)提供了一種有力的工具。但是在實際工程中，由于裂隙巖體滲流和力學行為的發(fā)生、發(fā)展往往是一個動態(tài)過程，它隨著工程的施工、環(huán)境的變化和時間的持續(xù)在不斷變化，而且有關(guān)巖體滲流和力學行為的觀測資料往往也是若干時間序列，因此如果不考慮巖體的這種動態(tài)行為，只通過某一時刻的觀測資料進行反演分析即靜態(tài)反演，其反演結(jié)果在非恒定滲流場或者荷載與邊界條件變化的情況下將會失真，而且也不便應(yīng)用于巖體滲流和力學行為的動態(tài)預(yù)測。于是有必

12、要開展基于動態(tài)觀測資料的兩場耦合的動態(tài)反演方法研究，并建立裂隙巖體滲流和變形行為的動態(tài)預(yù)測模型。4結(jié)論裂隙巖體滲流與應(yīng)力(應(yīng)變)耦合研究是一個十分復(fù)雜的課題，它必須綜合考慮地下水動力學、巖體結(jié)構(gòu)力學等各個方面。巖體作為一種復(fù)雜的天然地質(zhì)體，巖體本身就是一個高度復(fù)雜的不確定和不確知系統(tǒng)，人們對其認識存在～定的模糊性和局限性，裂隙巖體流固耦合問題研究己開展多年，許多學者為此做出了很大貢獻，但許多問題仍未完全解決，仍需要我們繼續(xù)做進一步的研究

13、工作：（1）目前，國內(nèi)外對裂隙單裂隙滲流規(guī)律主要精力放在如何修正立方體定律上，但此定律中一些參數(shù)難以確定，為便于工程應(yīng)用，應(yīng)研究滲透性與巖體的分類指標的相關(guān)性上，這樣也可充分利用日益先進的測井技術(shù)成果。（2）較符合實際的雙重介質(zhì)模型和離散介質(zhì)一連續(xù)介質(zhì)模型的擬真性在一定程度上取決于流體交換項確定的準確性，二維計算分析只能考慮某個剖面，對研究有很大的局限性，應(yīng)當開發(fā)三維裂隙巖體滲流與應(yīng)力的耦合分析。參考文獻參考文獻[1]楊天鴻.巖石破裂過