水巖共同作用下節(jié)理巖體裂隙擴(kuò)展過程的試驗(yàn)與數(shù)值模擬研究.pdf

1、節(jié)理巖體是一種包含大量裂隙，節(jié)理和斷層等結(jié)構(gòu)面的不連續(xù)地質(zhì)體。在巖土工程中進(jìn)行圍巖開挖時(shí)，節(jié)理裂隙會(huì)在開挖擾動(dòng)下延伸，發(fā)展并互相貫通，造成工程事故。大量的工程實(shí)例表明，圍巖穩(wěn)定性與這些原始裂隙的擴(kuò)展延伸有著千絲萬縷的聯(lián)系。使用錨桿進(jìn)行加固的方案一直是地下工程中最經(jīng)濟(jì)且行之有效的加固方式。然而錨固機(jī)理還未能完全闡述。因此，對錨桿錨固巖體的力學(xué)性能與錨固效應(yīng)的研究對地下工程中節(jié)理巖體的穩(wěn)定和復(fù)雜地質(zhì)條件下的工程應(yīng)用有著十分重要的意義。隨著世

2、界能源危機(jī)的影響，由美國開始頁巖氣革命逐漸被推廣。我國作為世界上頁巖氣資源儲(chǔ)量最大的國家，而頁巖氣開采技術(shù)尚不成熟，且并未形成一套完整系統(tǒng)的開采理論。對裂隙水壓與圍巖壓力共同作用下裂隙擴(kuò)展情況的研究將大力推動(dòng)我國的頁巖氣發(fā)展。
　　本文主要研究工作內(nèi)容如下:
　　首先，配置了一種砂漿混合材料的類巖石試件并采用室內(nèi)試驗(yàn)的方法對軸壓下節(jié)理巖體試件二維裂隙擴(kuò)展情況進(jìn)行研究。對預(yù)置二維裂隙試件錨固后進(jìn)行加載試驗(yàn)，探討錨固試件的裂隙擴(kuò)

3、展情況。
　　其次，采用非連續(xù)變形方法對預(yù)置二維裂隙試件的軸向加載試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值分析，同時(shí)模擬了單裂隙與多裂隙試件擴(kuò)展過程并進(jìn)行對比。在非連續(xù)變形方法中引入錨桿模型，對錨固節(jié)理試件的二維裂隙擴(kuò)展情況進(jìn)行研究。
　　在對預(yù)置三維裂隙試件軸壓下的裂隙擴(kuò)展進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)研究時(shí)，采用了新型透明脆性類巖石材料澆筑試件并預(yù)置三維裂隙，改進(jìn)試件制備工藝流程及其試驗(yàn)設(shè)備，使改進(jìn)的試驗(yàn)方案利于對三維裂隙擴(kuò)展詳細(xì)過程的觀察。在加載試驗(yàn)中描述三維裂隙

4、擴(kuò)展過程，結(jié)合預(yù)置二維裂隙試件的裂隙擴(kuò)展情況展開進(jìn)一步的討論和對比分析。
　　最后，為了探究水巖共同作用下的裂隙擴(kuò)展情況，對三維裂隙試件加載試驗(yàn)方案進(jìn)行改造，使試驗(yàn)得以在裂隙水壓與軸壓的共同作用下進(jìn)行，探究裂隙水壓與軸壓共同存在下的三維裂隙擴(kuò)展情況。
　　對比分析二維裂隙與三維裂隙的擴(kuò)展過程，單裂隙與多裂隙試件的裂隙擴(kuò)展過程，室內(nèi)試驗(yàn)與數(shù)值模擬中的裂隙擴(kuò)展情況，二維裂隙錨固試件與三維裂隙錨固試件裂隙擴(kuò)展情況和水巖共同作用下的