巖石破壞滲流機(jī)理的實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬研究.pdf

1、巖石作為一種天然的非均勻材料，其內(nèi)部富含各種缺陷，包括微裂紋（裂隙）、孔隙以及節(jié)理裂隙等宏觀非連續(xù)面，它們的存在為地下水提供了貯存和運(yùn)移的場(chǎng)所。地下水滲流以滲透應(yīng)力作用于巖體，影響巖體中應(yīng)力場(chǎng)的分布，同時(shí)巖體應(yīng)力場(chǎng)的改變往往使裂隙產(chǎn)生變形，影響裂隙的滲透性能，所以滲流場(chǎng)隨著裂隙滲透性的變化而重新分布，這種相互影響稱之為滲流-應(yīng)力耦合。
　　 許多巖體工程的失事都與地下水有關(guān)，如水電工程大壩的失事、煤礦底板突水和頂板潰沙涌水等，其

2、失事的本質(zhì)原因是在滲流場(chǎng)和巖體應(yīng)力場(chǎng)的相互作用下，內(nèi)部相鄰裂紋、裂隙與工程擾動(dòng)誘發(fā)的裂紋裂隙不斷擴(kuò)展、相互作用直至貫通而導(dǎo)致了工程巖體的失穩(wěn)形成工程災(zāi)害。
　　 本文從工程實(shí)際出發(fā)，在前人研究工作的基礎(chǔ)上，對(duì)巖體滲流破壞機(jī)制開展了進(jìn)一步的基礎(chǔ)研究，選取了砂巖和凝灰?guī)r兩種巖石試樣，分別進(jìn)行三軸應(yīng)力狀態(tài)變參數(shù)條件的全應(yīng)力-應(yīng)變過程滲透性對(duì)比實(shí)驗(yàn)，研究了兩類巖石變形、破壞過程中滲透性變化的特點(diǎn)，研究滲透性變化與體積應(yīng)變的關(guān)系及峰前峰后

3、的變化規(guī)律，利用數(shù)值手段進(jìn)行補(bǔ)充和對(duì)比，研究了不同孔隙壓力對(duì)巖石滲流破壞的影響。
　　 首先，通過實(shí)驗(yàn)研究得到滲流過程中滲透壓差對(duì)巖石試件滲透率的影響規(guī)律，峰值前和峰值后滲透壓差隨時(shí)間的增加均呈負(fù)指數(shù)關(guān)系；得到了體積應(yīng)變-滲透率的關(guān)系方程。在軸向加載過程中，體積應(yīng)變反映了巖樣屈服、弱化和破壞過程中滲透率的演化規(guī)律，尤其是應(yīng)力峰值之后損傷破壞對(duì)巖樣滲透率的影響規(guī)律。得到了在整個(gè)巖石破裂滲流過程中，聲發(fā)射活動(dòng)隨應(yīng)力變化表現(xiàn)出不同的特

4、征。
　　 其次，通過模擬計(jì)算更系統(tǒng)的研究不同滲透壓差條件下巖石試件的滲流破壞規(guī)律。對(duì)比研究了穩(wěn)態(tài)滲流和非穩(wěn)定滲流條件下，巖石破壞、滲流場(chǎng)和水力梯度分布的差異。穩(wěn)態(tài)下隨著巖石的損傷破壞，滲透系數(shù)不斷增大；而非穩(wěn)定條件下，隨著巖石的損傷破壞，壓差達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間縮短。
　　 最后，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算所得到的規(guī)律和認(rèn)識(shí)，模擬計(jì)算了紅透山深部斷層下開采誘發(fā)圍巖破壞滲流過程，計(jì)算結(jié)果和實(shí)際情況較為一致，為開展巷道防滲工作提供了科學(xué)