裂隙岩体渗透特性尺寸效应及其影响因素研究

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在较大型的岩体工程设计、施工、运营和维护过程中,裂隙岩体的渗透特性及变化,决定着岩体渗流的规律和水工结构的控制效果,最终往往影响着工程的安全性和稳定性,是应用科学的学者和现场工程师亟待深入研究的重要课题。因而,对裂隙岩体渗透特性及其影响因素的研究及评价方法,越来越受到重视。由于岩体中节理、裂隙、风化后的层理和岩脉界面、各级地质断层等断层的存在,使得岩体的非均匀性、不连续性、和各向异性等特性更加明显。因而,裂隙岩体的力学和渗流特性异于一般的均匀介质。岩体是由岩块与经地质构造作用形成的各种地质结构面组合而成的复杂地质体。由于岩体构造的复杂性和多变性,致使岩体的渗流呈现强烈的不均匀性、各向异性和非线性特征。而在岩土工程中,一方面,岩体开挖,岩体内部的初始应力场在一定程度上发生变化,可能致使裂隙萌生、滑动和开闭、扩展等岩体结构的改变,引起岩体渗流特性的变化;另一方面,岩土工程的建成,导致相应区域的地下水渗流场发生变化,最终引起有关区域岩体的稳定性变化。因此,裂隙岩体渗流特性的研究,在岩土工程中具有重要的实际意义。本文主要地对裂隙岩体渗透系数的尺寸效应及其影响因素进行研究。具体包括:裂隙岩体渗透系数的确定方法、裂隙岩体渗透系数的尺寸效应及其影响因素的研究。主要有以下几项内容:(1)探讨裂隙岩体渗流的基本理论。分析岩体中裂隙的空间分布的几何参数等特点对岩体渗透特性的影响。(2)运用Monte-Carlo法来模拟岩体的裂隙网络,生成裂隙网络模型。介绍了裂隙的几何分布模型,以及基于Monte-Carlo法的裂隙网络生成技术。(3)介绍了裂隙渗透率的对立方定律,并对其进行了修正。(4)给出了间接边界元法中不连续位移法的基本原理:通过对单条裂隙和多条交叉裂隙划分单元,利用TWODD程序计算各个单元的法向不连续位移,进而求得裂隙张开度。(5)通过对多组裂隙网络随机生成样本进行充分的模拟计算,研究裂隙岩体的渗透系数尺寸效应,并分析地下水孔隙压力、初始地应力、杨氏模量、泊松比四种因素对其的影响效果。(6)讨论和结论
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