考慮剪脹特性的裂隙巖體應(yīng)力—滲流耦合特性研究.pdf

1、裂隙巖體應(yīng)力—滲流耦合效應(yīng)備受巖體力學(xué)和相關(guān)工程關(guān)注，這些相互作用會(huì)對(duì)工程巖體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性造成極不利影響，建立準(zhǔn)確可靠的裂隙巖體滲透規(guī)律對(duì)于指導(dǎo)工程具有重要的意義。本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目（51009086），通過(guò)試驗(yàn)研究，數(shù)學(xué)力學(xué)理論分析，數(shù)值模擬研究，建立了考慮剪脹特性的裂隙巖體應(yīng)力—滲流耦合模型。本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)選擇較為合理的表面形態(tài)參數(shù)對(duì)粗糙裂隙的表面形態(tài)進(jìn)行了數(shù)學(xué)描述，應(yīng)用數(shù)學(xué)方法

2、研究了粗糙表面形態(tài)特征參數(shù)的性質(zhì)及其相互關(guān)系，建立了裂隙表面形態(tài)特征參數(shù)與相應(yīng)物理量之間的定量關(guān)系。對(duì)粗糙表面的起伏度和粗糙度進(jìn)行了數(shù)學(xué)描述并給出了起伏度和粗糙度組合形態(tài)特征函數(shù)。
　　(2)對(duì)裂隙巖體的幾何特性、變形特性、力學(xué)特性、滲流特性等進(jìn)行了理論分析研究；裂隙巖體幾何特性和變形特性研究是力學(xué)特性和滲流特性研究的基礎(chǔ)，綜合研究裂隙巖體基本規(guī)律是建立裂隙應(yīng)力—滲流耦合的有效途徑；基于裂隙巖體變形基本規(guī)律研究，從擴(kuò)容指數(shù)和剪脹角

3、入手推導(dǎo)并提出了裂隙巖體剪脹效應(yīng)描述方程。
　　(3)運(yùn)用分形接觸理論和功率譜密度對(duì)粗糙度進(jìn)行研究，運(yùn)用立方體覆蓋法計(jì)算分形維數(shù)，進(jìn)一步探討了功率譜與分形維數(shù)的關(guān)系，研究粗糙表面分形維數(shù)與粗糙度的關(guān)系；對(duì)粗糙表面進(jìn)行多重分形奇異譜分析，研究了多重分形奇異譜各參數(shù)之間的關(guān)系。
　　(4)不同粗糙度的裂隙巖體試件剪切—滲透試驗(yàn)表明：恒定法向應(yīng)力和恒定法向剛度對(duì)裂隙試件的剪脹起到了一定的抑制作用，恒定法向剛度對(duì)剪脹的抑制作用更明顯

4、；裂隙巖體表面越粗糙，其法向位移、單寬流量和水力開(kāi)度也越大?；诹严稁r體剪切—滲透試驗(yàn)結(jié)果，以等效水力半徑為橋梁，研究裂隙水力開(kāi)度、力學(xué)開(kāi)度和粗糙度之間的變化規(guī)律，進(jìn)一步研究了裂隙巖體的應(yīng)力—滲流耦合方程。
　　(5)細(xì)觀(guān)與宏觀(guān)相結(jié)合研究裂隙巖體的本構(gòu)關(guān)系，提出了理想非均勻彈脆性—彈塑性組合的細(xì)觀(guān)本構(gòu)模型和彈脆性+基于應(yīng)變軟化的變參數(shù)偽彈塑性組合宏觀(guān)本構(gòu)模型。
　　(6) COMSOL Multiphysics數(shù)值模擬表明：