结构面剪切渗流试验及其模型研究
发布时间：2021-01-01 15:06
在水利水电工程、交通工程、石油工程、采矿工程、核废料地质处置等工程中,经常会接触到力学性质和渗透性质复杂的裂隙岩体。裂隙岩体包含由矿物胶结的岩块和大量的节理、裂隙、断层等结构面,结构面往往对上述工程岩体的稳定性和渗透特性起控制性作用。因此对结构面的力学特性和渗流特性进行研究是确保岩体工程长期安全与有效运行的需要。为了系统的研究结构面的剪切渗流特性,本文以无充填粗糙结构面为研究对象,采用室内试验,理论分析,数值模拟相结合的方法,主要开展了结构面三维形貌扫描试验、结构面直剪试验、结构面剪切渗流试验,推导了考虑节理剪切变形的非线性渗流模型,开展了不同剪切错动条件下节理渗流的数值模拟,主要研究内容与成果如下:（1）运用节理三维形貌测量仪对五种不同类型岩石节理表面形貌进行了测量,采用节理粗糙度系数曲线法和三维形貌表征法研究了节理粗糙度各向异性特征。结果显示,三维形貌表征法能够较好描述节理面粗糙度的各向异性,但是节理粗糙度系数曲线法在表征相隔180°方向的粗糙度各向异性方面存在不足,且五种节理试样三维粗糙度参数θmax*(（C+1）的各向异性变化规律极坐标图都呈椭球形。通过对五种岩石节理粗糙度各向...
【文章来源】：武汉大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．１不同采样间距条件节理轮廓线示意图??开展结构面粗糙度评价时，设置合适地采样间距，是准确计算粗糙度参数的前提
三类岩石节理具有不同的特征。为了研宄不同类型岩石节理粗糙度的各向异性，??本次研宄选取花岗岩节理、红砂岩节理、大理岩节理、玄武岩节理和粉砂岩节理试样作??为代表性的研宄对象。本次研究选取的五种岩石节理如图２．２所示，其中玄武岩节理和??粉砂岩节理为天然岩石节理，花岗岩节理、红砂岩节理和大理岩节理为人工劈裂节理。??粉砂岩?红砂岩??１?覆??．玄薄參、．習花岗岩??Ｉ?Ｉ?１??图２．２五种不同岩石节理试样??粗粒花岗岩取自湖北鄂州。制作方法：将完整岩石切割成ｌＯＯｍｍＸ?１００ｍｍＸ２００＿??的长方体试样，采用巴西劈裂法形成劈裂节理面，再采用切割机切割成尺寸为１００ｍｍ??Ｘ?１００ｍｍ的节理试样。花岗岩是一种地表凝结而成的火成岩，颜色为灰白色，主要矿??物组成为长石、石英和黑云母，全晶质中粒结构，块状构造，质地均匀，粒径尺寸约为??２．０？４．０ｍｍ，风化程度，微风化，节理面表面具有剪切擦痕。??红砂岩取自湖北鄂州。制作方法：将完整岩石切割成１００ｍｍＸｌ〇〇ｍｍＸ２００ｍｍ的??长方体试样，采用巴西劈裂法形成劈裂节理面，再采用切割机切割成尺寸为ｌＯＯｍｍＸ??１００ｍｍ的节理试样。此红砂岩为碎屑状结构，胶结物质沉积而形成，属于细粒沉
序对采集数据进行处理，生成扫描过程中所有数据点的（Ｘ，Ｙ，Ｚ）坐标。然后将扫描生??成的坐标导入Ｓｕｒｆｅｒ?１２．０软件进行数据内插处理，根据数据内插处理的文件进行粗糙节??理面的表面形貌重新生成，生成的节理三维形貌扫描俯视图如图２．４所示。??ｔ?，?ｒｉ￣ｌ．?Ｆ￣ｔ￣￣＇?＊??１?１?，?＊?■?ｈ??＇?’?，，丨、??ｙ?－４?ｊ?－Ｉ；??丨ｉ．，＇，‘＞＂?ｉ??』ｒ?＇?厂?＾?ｌ?＾??、▲卜？二?ｒ?Ｉ，＇?．?，?ｔ１?ｉ??」?＊■?—?■?■?？?：＊?—?－?－Ｉ?＊■？?＊?－￣￣■￣?Ｊ?ｉ?ｉ?■?Ｉ?Ｉ?Ｉ?，?：?Ｉ??ｃ?？０?２Ｃ?３０?５０?６０?７Ｃ?３ｌ?９＜?０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０?１００??（ａ）花岗岩节理试样?（ｂ）红砂
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同采样间隔下结构面形貌特征和各向异性特征的统计参数稳定性研究[J]. 宋磊博,江权,李元辉,杨成祥,钟山,张妹珠. 岩土力学. 2017(04)
[2]岩石粗糙裂隙非线性渗流特性试验研究[J]. 胡少华,周佳庆,陈益峰,周创兵. 地下空间与工程学报. 2017(01)
[3]基于格子Boltzmann方法的岩体单裂隙面渗流特性研究[J]. 王志良,申林方,李邵军,徐则民. 岩土力学. 2017(04)
[4]不同开采方式下煤岩应力场-裂隙场-渗流场行为研究[J]. 谢和平,张泽天,高峰,张茹,高明忠,刘建锋. 煤炭学报. 2016(10)
[5]剪切位移作用下随机裂隙面渗流特性试验研究[J]. 雷进生,李申,武增琳,姚奇,曾有为. 岩石力学与工程学报. 2016(S2)
[6]岩体裂隙网络非线性渗流特性研究[J]. 刘日成,蒋宇静,李博,蔚立元,杜岩. 岩土力学. 2016(10)
[7]岩体裂隙面粗糙度对其渗流特性的影响研究[J]. 王志良,申林方,徐则民,李邵军. 岩土工程学报. 2016(07)
[8]节理三维形貌参数的采样效应与峰值抗剪强度准则[J]. 唐志成,刘泉声,夏才初. 中南大学学报(自然科学版). 2015(07)
[9]天然岩体结构面粗糙度各向异性、尺寸效应、间距效应研究[J]. 葛云峰,唐辉明,王亮清,赵斌滨,吴益平,熊承仁. 岩土工程学报. 2016(01)
[10]岩体结构面粗糙度各向异性特征及尺寸效应分析[J]. 陈世江,朱万成,刘树新,张飞,郭灵飞. 岩石力学与工程学报. 2015(01)
博士论文
[1]岩石单裂隙渗流粗糙起伏角修正公式研究[D]. 何冠鸿.清华大学 2014
本文编号：2951508
【文章来源】：武汉大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．１不同采样间距条件节理轮廓线示意图??开展结构面粗糙度评价时，设置合适地采样间距，是准确计算粗糙度参数的前提
三类岩石节理具有不同的特征。为了研宄不同类型岩石节理粗糙度的各向异性，??本次研宄选取花岗岩节理、红砂岩节理、大理岩节理、玄武岩节理和粉砂岩节理试样作??为代表性的研宄对象。本次研究选取的五种岩石节理如图２．２所示，其中玄武岩节理和??粉砂岩节理为天然岩石节理，花岗岩节理、红砂岩节理和大理岩节理为人工劈裂节理。??粉砂岩?红砂岩??１?覆??．玄薄參、．習花岗岩??Ｉ?Ｉ?１??图２．２五种不同岩石节理试样??粗粒花岗岩取自湖北鄂州。制作方法：将完整岩石切割成ｌＯＯｍｍＸ?１００ｍｍＸ２００＿??的长方体试样，采用巴西劈裂法形成劈裂节理面，再采用切割机切割成尺寸为１００ｍｍ??Ｘ?１００ｍｍ的节理试样。花岗岩是一种地表凝结而成的火成岩，颜色为灰白色，主要矿??物组成为长石、石英和黑云母，全晶质中粒结构，块状构造，质地均匀，粒径尺寸约为??２．０？４．０ｍｍ，风化程度，微风化，节理面表面具有剪切擦痕。??红砂岩取自湖北鄂州。制作方法：将完整岩石切割成１００ｍｍＸｌ〇〇ｍｍＸ２００ｍｍ的??长方体试样，采用巴西劈裂法形成劈裂节理面，再采用切割机切割成尺寸为ｌＯＯｍｍＸ??１００ｍｍ的节理试样。此红砂岩为碎屑状结构，胶结物质沉积而形成，属于细粒沉
序对采集数据进行处理，生成扫描过程中所有数据点的（Ｘ，Ｙ，Ｚ）坐标。然后将扫描生??成的坐标导入Ｓｕｒｆｅｒ?１２．０软件进行数据内插处理，根据数据内插处理的文件进行粗糙节??理面的表面形貌重新生成，生成的节理三维形貌扫描俯视图如图２．４所示。??ｔ?，?ｒｉ￣ｌ．?Ｆ￣ｔ￣￣＇?＊??１?１?，?＊?■?ｈ??＇?’?，，丨、??ｙ?－４?ｊ?－Ｉ；??丨ｉ．，＇，‘＞＂?ｉ??』ｒ?＇?厂?＾?ｌ?＾??、▲卜？二?ｒ?Ｉ，＇?．?，?ｔ１?ｉ??」?＊■?—?■?■?？?：＊?—?－?－Ｉ?＊■？?＊?－￣￣■￣?Ｊ?ｉ?ｉ?■?Ｉ?Ｉ?Ｉ?，?：?Ｉ??ｃ?？０?２Ｃ?３０?５０?６０?７Ｃ?３ｌ?９＜?０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０?１００??（ａ）花岗岩节理试样?（ｂ）红砂
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同采样间隔下结构面形貌特征和各向异性特征的统计参数稳定性研究[J]. 宋磊博,江权,李元辉,杨成祥,钟山,张妹珠. 岩土力学. 2017(04)
[2]岩石粗糙裂隙非线性渗流特性试验研究[J]. 胡少华,周佳庆,陈益峰,周创兵. 地下空间与工程学报. 2017(01)
[3]基于格子Boltzmann方法的岩体单裂隙面渗流特性研究[J]. 王志良,申林方,李邵军,徐则民. 岩土力学. 2017(04)
[4]不同开采方式下煤岩应力场-裂隙场-渗流场行为研究[J]. 谢和平,张泽天,高峰,张茹,高明忠,刘建锋. 煤炭学报. 2016(10)
[5]剪切位移作用下随机裂隙面渗流特性试验研究[J]. 雷进生,李申,武增琳,姚奇,曾有为. 岩石力学与工程学报. 2016(S2)
[6]岩体裂隙网络非线性渗流特性研究[J]. 刘日成,蒋宇静,李博,蔚立元,杜岩. 岩土力学. 2016(10)
[7]岩体裂隙面粗糙度对其渗流特性的影响研究[J]. 王志良,申林方,徐则民,李邵军. 岩土工程学报. 2016(07)
[8]节理三维形貌参数的采样效应与峰值抗剪强度准则[J]. 唐志成,刘泉声,夏才初. 中南大学学报(自然科学版). 2015(07)
[9]天然岩体结构面粗糙度各向异性、尺寸效应、间距效应研究[J]. 葛云峰,唐辉明,王亮清,赵斌滨,吴益平,熊承仁. 岩土工程学报. 2016(01)
[10]岩体结构面粗糙度各向异性特征及尺寸效应分析[J]. 陈世江,朱万成,刘树新,张飞,郭灵飞. 岩石力学与工程学报. 2015(01)
博士论文
[1]岩石单裂隙渗流粗糙起伏角修正公式研究[D]. 何冠鸿.清华大学 2014
本文编号：2951508
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