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

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

2、界能源危機的影響，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量最大的國家，而頁巖氣開采技術尚不成熟，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展情況的研究將大力推動我國的頁巖氣發(fā)展。
　　本文主要研究工作內容如下:
　　首先，配置了一種砂漿混合材料的類巖石試件并采用室內試驗的方法對軸壓下節(jié)理巖體試件二維裂隙擴展情況進行研究。對預置二維裂隙試件錨固后進行加載試驗，探討錨固試件的裂隙擴

3、展情況。
　　其次，采用非連續(xù)變形方法對預置二維裂隙試件的軸向加載試驗進行數(shù)值分析，同時模擬了單裂隙與多裂隙試件擴展過程并進行對比。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展情況進行研究。
　　在對預置三維裂隙試件軸壓下的裂隙擴展進行室內試驗研究時，采用了新型透明脆性類巖石材料澆筑試件并預置三維裂隙，改進試件制備工藝流程及其試驗設備，使改進的試驗方案利于對三維裂隙擴展詳細過程的觀察。在加載試驗中描述三維裂隙

4、擴展過程，結合預置二維裂隙試件的裂隙擴展情況展開進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展情況，對三維裂隙試件加載試驗方案進行改造，使試驗得以在裂隙水壓與軸壓的共同作用下進行，探究裂隙水壓與軸壓共同存在下的三維裂隙擴展情況。
　　對比分析二維裂隙與三維裂隙的擴展過程，單裂隙與多裂隙試件的裂隙擴展過程，室內試驗與數(shù)值模擬中的裂隙擴展情況，二維裂隙錨固試件與三維裂隙錨固試件裂隙擴展情況和水巖共同作用下的