片麻岩力学及裂隙渗透特性的试验研究与数值模拟

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  随着我国经济大规模高速发展,水电站开发,矿产资源的开采,常常会出现矿区地表水渗漏、矿井突水、裂隙岩体工程失稳等问题。裂隙渗透压加剧了岩体裂隙的起裂、扩展、贯通,导致岩体渐进失稳破坏;而岩体应力的改变和岩体裂隙的损伤扩展,又导致裂隙岩体渗透特性变化,进而改变渗流场的分布。为了更好地弄清岩体中裂隙的力学性能及其渗流的相互关系,开展不同类型的裂隙对岩体渗流规律的影响研究具有重大的意义。   本文试验部分主要以新疆艾比湖流域的片麻岩为主要研究对象,对试样进行了室内力学与渗流试验研究,采用不同的试验方案来研究不同轴压、围压、孔隙水压等因素对其渗流量的变化规律;理论部分主要分析岩石常规力学特性,裂隙岩体渗流的基本理论以及渗流场和应力场耦合原理。   本文围绕岩石破裂过程中变形特性和渗透性的演化规律及其渗流—应力耦合作用机理这一课题,主要开展以下研究工作:   (1)在阅读大量参考文献的基础上,归纳总结出裂隙岩体力学和渗流特性已有的研究成果及其仍存在和有待进一步解决的问题。并提出本文的主要研究内容和技术路线。   (2)引用文献介绍岩体力学特性、孔隙水压对岩石的作用机理、渗流与应力耦合分析以及裂隙岩体渗流特性等基本理论。   (3)以片麻岩、砂岩试样为研究对象,制作直径为50mm,高度为100mm的试件,通过实验获得试样的基本物理指标,并依托法国TOP INDUSTRIE公司生产的三轴流变仪,设计出岩石常规三轴试验和渗流特性试验方案。   (4)通过片麻岩常规和裂隙渗流试验结果分析得出,不同围压、不同裂隙水压力作用下裂隙片麻岩的渗透性变化规律。拟合出渗流系数与裂隙水压力的关系式和渗透系数与应变的关系式,并将其与理论推导出的公式进行比较。此外利用试验得出的力学参数进行 F-RFPA2D数值模拟,得到不同围压与孔隙水压组合下岩石的破坏特征,岩石全应力应变过程渗透率的演化规律,并将其与试验结果进行简要对比分析。   (5)研究渗透压作用下裂隙岩体断裂力学特性,结合试验数据简要分析裂隙岩体在渗流—应力共同作用下的损伤变形和断裂破坏机理。
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