異質(zhì)巖塊復合單裂隙巖體滲流試驗及流固耦合機理分析.pdf

1、巖體是一種包含不同尺度節(jié)理裂隙的復雜天然地質(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識尚不全面，現(xiàn)有裂隙滲透理論還不能為實際工程中不同地層接觸區(qū)處裂隙面滲透系數(shù)的計算提供可靠的理論依據(jù)和準確的計算方法。
　　針對上述問題本文首先通過對人工制作的復合單裂隙細砂巖、復合單裂隙粗砂巖和復合單裂隙粗細砂巖巖體進行滲流試驗，揭示裂隙面兩側巖性、裂隙水壓及裂隙面法向應力對裂隙面滲透性的影響規(guī)

3、律；然后基于三維應力下的裂隙-巖塊位移模型，推導考慮裂隙面兩側巖性、裂隙面剛度系數(shù)、裂隙水壓和裂隙面法向應力的裂隙巖體滲透系數(shù)理論計算公式；最后通過試驗對新推出的裂隙巖體滲透系數(shù)計算公式的正確性及適用性進行了驗證。通過研究本文得出以下主要結論：
　　（1）在試驗過程中，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。
　　（2）圍壓會引起裂隙的閉合，導致滲透系數(shù)減??；裂隙水壓會使裂隙擴張，使裂隙

4、滲透系數(shù)增加，并且在單裂隙擴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，因此在進行裂隙滲透系數(shù)理論計算時不宜僅用圍壓減去裂隙水壓得到的凈圍壓來進行計算，而應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、單裂隙粗細砂巖復合體、單裂隙細砂的裂隙滲透系數(shù)各不相同，其中單裂隙粗砂巖滲透系數(shù)最大，單裂隙粗細砂巖復合巖