單裂隙剪切滲流機(jī)制試驗(yàn)及數(shù)值分析.pdf

1、巖體處于復(fù)雜的環(huán)境中，各種作用極為復(fù)雜，如壓應(yīng)力、剪應(yīng)力、滲透作用等，而且裂隙的導(dǎo)水系數(shù)遠(yuǎn)大于完整巖石的滲透系數(shù)，單裂隙滲流是裂隙滲流特性研究的基礎(chǔ)，在壓應(yīng)力的基礎(chǔ)上綜合考慮剪切作用，通過試驗(yàn)與數(shù)值分析結(jié)合的方法開展單裂隙剪切滲流耦合狀態(tài)下的滲透特性研究?；谌M仿天然粗糙裂隙試件開展剪切滲流耦合試驗(yàn)，研究剪切滲流耦合過程中各因素對裂隙水力特性的影響以及剪切過程的變化規(guī)律。對不同粗糙裂隙滲流進(jìn)行數(shù)值分析，基于標(biāo)準(zhǔn)JRC曲線建立二維粗糙裂

2、隙模型，基于逆向工程建立粗糙裂隙三維空間模型進(jìn)行滲流分析。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴引入逆向工程對三組粗糙裂隙進(jìn)行測定，拓取粗糙裂隙表面空間形態(tài)，并對所得裂隙表面三維坐標(biāo)進(jìn)行分析及可視化研究，并利用粗糙度系數(shù) JRC等方法描述粗糙裂隙面幾何形貌特性。⑵通過裂隙試件剪切滲流耦合試驗(yàn)可以得出，法向荷載越大對粗糙裂隙剪脹抑制作用越明顯，剪切峰值荷載和殘余荷載越大，對應(yīng)的等效水力開度及滲透系數(shù)越小；等效導(dǎo)水系數(shù)隨著剪切位移的增加，呈現(xiàn)先

3、增加后趨于平緩趨勢；裂隙面越粗糙，剪切滲流過程中對應(yīng)裂隙面等效導(dǎo)水系數(shù)及滲透系數(shù)越大。⑶采用Borton標(biāo)準(zhǔn)JRC曲線模擬巖石裂隙的粗糙表面，建立二維粗糙裂隙模型，解決了模型中粗糙特性標(biāo)準(zhǔn)描述問題。模擬結(jié)果表明，當(dāng)二維裂隙兩端施加相同壓力差作用時，二維裂隙越粗糙，等效導(dǎo)水系數(shù)對應(yīng)越小。在入口流速恒定狀態(tài)時，出口壓力與入口壓力的壓力差是隨著裂隙的粗糙系數(shù)的增加而逐漸變大。⑷基于粗糙裂隙三維模型的滲流模擬表明，同一工況下時，不同粗糙裂隙的滲

4、流場和壓力場不同，同一裂隙內(nèi)粗糙起伏狀態(tài)不同造成局部的滲流場和壓力場分布同樣也出現(xiàn)差異。在相同開度條件下，裂隙內(nèi)的粗糙程度越大，裂隙內(nèi)的流速越低，出口處平均流速越小，滲流量也相應(yīng)越??；其他條件相同時，滲流的方向?qū)τ跐B透特性有一定影響。⑸基于粗糙裂隙三維模型的剪切滲流模擬表明，隨著剪切錯位作用的進(jìn)行，滲流量近似成直線下降，速度總體呈下降趨勢。不同的剪切方向會造成不同的接觸形態(tài)，同時錯位移動的方向不同，出現(xiàn)的開度、接觸狀態(tài)等均不相同，對于滲