渗流应力耦合下裂隙岩体边坡稳定性分析

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目前,伴随着经济发展的迫切需要,人类的大型工程活动越来越频繁,如露天矿渗流应力的防治、水利大坝中渗流的控制、地铁工程中关于渗流的控制、煤矿地下水的疏干降压工作、石油油井的钻探、海底隧道的施工以及地下水的开发与利用等等,都涉及到了岩体应力与地下水渗透力的耦合问题。因此,地下水的运动规律以及渗流场和应力场的耦合问题,成为学者普遍关注的研究内容,同时也是一项兼具理论和实践价值的重大课题。裂隙岩体中,地下水进行着一种复杂的动态流动过程,在这一动态流动中,裂隙的空间形状和力学特性随着应力场与渗流场的变化而变化,流体的水力学条件也在不断改变,因此,在上面所述过程中进行渗流与应力耦合分析有必要的。  本文主要研究的是渗流应力耦合对露天矿边坡稳定性的影响。首先,笔者充分搜集国内外裂隙岩体渗流场与应力场耦合研究现状,然后采用理论分析、数值模拟、工程应用相结合的方法,先对单裂隙岩体渗流场与应力场的相互作用进行了研究,再对多裂隙的露天矿边坡稳定性进行了分析。  本文研究主要内容如下所示:根据前人的研究内容,概括归纳了裂隙岩体渗流场与应力场耦合的数学模型。针对本文所运用的离散网络介质模型的特点和使用的具体条件给出了比较详细的阐述,而且对其求解的具体方法进行了深入具体的讨论;对裂隙岩体渗流的基本理论做出了详细的介绍。在Navier—Stokes方程的基础上,演算推导出了立方定律以及变隙宽裂隙渗流的基本方程,最后,总结了裂隙岩体渗流与应力之间的关系;建立了裂隙岩体渗流场与应力场耦合的离散元求解模型,通过离散元软件UDEC对单裂隙岩体的受力情况与渗透系数的关系进行了研究验证确定了单裂隙的一些相关规律,为后续的白云矿边坡模型提供了理论基础;利用UDEC对白云鄂博C区C3亚区的渗流场与应力场进行了模拟分析,分别研究了降雨和边坡开挖对边坡稳定性的影响,并计算了安全系数。分析比较得出了降雨和开挖对边坡的影响情况。
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