单裂隙岩体力学和渗流特性试验研究
发布时间：2022-12-05 04:03
完整岩石具有强度高、渗透系数小的特性,然而天然岩体中赋存节理裂隙,节理裂隙的出现使岩体的特性有别于岩石。相同应力环境下,岩体的抗剪强度低;节理裂隙构成了渗透水的流动通道,故岩体具有较大的渗透性。在实际工程方面,水工建筑物的安全运行涉及岩体边坡的稳定性,研究节理裂隙对于渗透稳定、抗滑稳定的影响具有重要价值。本文在已有研究成果的基础上,通过水力试验、理论推导、数值模拟的方法,研究了单裂隙的力学、渗流及流-固耦合特性,获得以下主要结论:（1）基于三维形貌下的全剪切试验数据,建立新的峰值剪切强度公式。该公式符合剪胀角随法向应力的演变趋势,并反映了最大接触面积和片理构造对峰值的影响。与已有公式相比,新公式具有更高的预测精度。（2）总结了JRC值随不同统计参数的演变关系。总体而言,不同统计参数对于JRC值在6～12之间的预测结果,存在较大误差。（3）详细推导了辐射流立方定理,并总结其适用条件:裂隙结构面满足光滑平行板结构;裂隙流属于Darcy流;水流在辐射过程中能进入惯性力可忽略的弱惯性带。对于惯性力能否忽略,本文推导了判别公式,并通过水力试验得到验证。（4）渗透水压为0.2～0.6 MPa时,在...
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景与研究意义
1.2 研究现状
1.2.1 结构面粗糙度及表面形貌表征
1.2.2 岩体裂隙面表面形貌测量
1.2.3 结构面抗剪强度本构模型
1.2.4 岩体结构面隙宽测量及渗流变化规律
1.2.5 结构面应力-渗流耦合特性
1.3 待研究问题
1.4 研究内容及方法
2 试验设备及试验方案
2.1 试验系统
2.2 试验试件
2.3 试验方案
3 岩体结构面力学特性
3.1 全剪切作用下节理力学特性
3.1.1 法向应力对力学特性的影响
3.1.2 剪切方向对力学特性的影响
3.1.3 剪切速率对力学特性的影响
3.2 节理峰值剪切强度新公式
3.2.1 节理三维形貌参数
3.2.2 峰值剪切强度公式对比
3.2.3 峰值强度预测值对比
3.2.4 新公式参数影响分析
3.3 新公式适用性拓展
3.3.1 节理二维形貌参数
3.3.2 二维规则齿直剪试验数据及分析
3.3.3 新模型公式与JRC的转换
3.4 本章小结
4 统计参数法预测单裂隙JRC值
4.1 标准轮廓线数字化
4.2 不同统计参数与JRC值的转换
4.2.1 参数Z2(轮廓线一阶导数均方根)
4.2.2 参数SF(结构函数)
4.2.3 参数Rp(轮廓指数)
4.2.4 组合参数θ_(max)~*/(C+1)_(2D)
4.3 样本间距对预测结果的影响
4.4 本章小结
5 辐射流渗流特性
5.1 辐射流立方定理
5.1.1 辐射流平行板水流分布特性
5.1.2 立方定理的推导
5.1.3 平行板水头分布
5.2 水力试验
5.2.1 试件及试验方案
5.2.2 试验结果及分析
5.3 数值模拟
5.3.1 模型和参数
5.3.2 数值模拟结果
5.3.3 不同辐射比下的数值模拟
5.4 本章小结
6 流-固耦合特性
6.1 流-固耦合对渗流特性的影响
6.2 流-固耦合对强度特性的影响
6.3 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
致谢
参考文献
附录
攻读硕士学位期间主要研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]峰前循环剪切作用下岩石节理损伤特征与剪切特性试验研究[J]. 刘新荣,邓志云,刘永权,刘树林,路雨明,韩亚峰. 岩石力学与工程学报. 2018(12)
[2]结构面破坏时单裂隙变形及渗流规律研究[J]. 曹成,柴军瑞,覃源,许增光,谈然. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2018(09)
[3]基于统计参数的二维节理粗糙度系数非线性确定方法[J]. 王昌硕,王亮清,葛云峰,梁烨,孙自豪,董曼曼,张楠. 岩土力学. 2017(02)
[4]统计参数与JRC的定量关系研究[J]. 张建明,唐志成,蒋景东,占婷. 科学技术与工程. 2015(14)
[5]节理峰值抗剪强度试验研究[J]. 杨洁,荣冠,程龙,侯迪,王小江. 岩石力学与工程学报. 2015(05)
[6]三峡库区侏罗系不同类型结构面抗剪强度对比[J]. 王姣,李长冬,雍睿,梁德明. 煤田地质与勘探. 2014(05)
[7]岩石节理应力–渗流耦合试验系统研究进展[J]. 肖维民,夏才初,邓荣贵. 岩石力学与工程学报. 2014(S2)
[8]Barton标准剖面JRC与独立于离散间距的统计参数关系研究[J]. 孙辅庭,佘成学,万利台. 岩石力学与工程学报. 2014(S2)
[9]粗糙节理的峰值抗剪强度准则[J]. 唐志成,夏才初,宋英龙. 岩土工程学报. 2013(03)
[10]多级加载下岩石裂隙渗流分段特性试验研究[J]. 郭保华,苏承东. 岩石力学与工程学报. 2012(S2)
博士论文
[1]岩石结构面力学及水力特性实验研究[D]. 王小江.武汉大学 2013
本文编号：3709639
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景与研究意义
1.2 研究现状
1.2.1 结构面粗糙度及表面形貌表征
1.2.2 岩体裂隙面表面形貌测量
1.2.3 结构面抗剪强度本构模型
1.2.4 岩体结构面隙宽测量及渗流变化规律
1.2.5 结构面应力-渗流耦合特性
1.3 待研究问题
1.4 研究内容及方法
2 试验设备及试验方案
2.1 试验系统
2.2 试验试件
2.3 试验方案
3 岩体结构面力学特性
3.1 全剪切作用下节理力学特性
3.1.1 法向应力对力学特性的影响
3.1.2 剪切方向对力学特性的影响
3.1.3 剪切速率对力学特性的影响
3.2 节理峰值剪切强度新公式
3.2.1 节理三维形貌参数
3.2.2 峰值剪切强度公式对比
3.2.3 峰值强度预测值对比
3.2.4 新公式参数影响分析
3.3 新公式适用性拓展
3.3.1 节理二维形貌参数
3.3.2 二维规则齿直剪试验数据及分析
3.3.3 新模型公式与JRC的转换
3.4 本章小结
4 统计参数法预测单裂隙JRC值
4.1 标准轮廓线数字化
4.2 不同统计参数与JRC值的转换
4.2.1 参数Z2(轮廓线一阶导数均方根)
4.2.2 参数SF(结构函数)
4.2.3 参数Rp(轮廓指数)
4.2.4 组合参数θ_(max)~*/(C+1)_(2D)
4.3 样本间距对预测结果的影响
4.4 本章小结
5 辐射流渗流特性
5.1 辐射流立方定理
5.1.1 辐射流平行板水流分布特性
5.1.2 立方定理的推导
5.1.3 平行板水头分布
5.2 水力试验
5.2.1 试件及试验方案
5.2.2 试验结果及分析
5.3 数值模拟
5.3.1 模型和参数
5.3.2 数值模拟结果
5.3.3 不同辐射比下的数值模拟
5.4 本章小结
6 流-固耦合特性
6.1 流-固耦合对渗流特性的影响
6.2 流-固耦合对强度特性的影响
6.3 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
致谢
参考文献
附录
攻读硕士学位期间主要研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]峰前循环剪切作用下岩石节理损伤特征与剪切特性试验研究[J]. 刘新荣,邓志云,刘永权,刘树林,路雨明,韩亚峰. 岩石力学与工程学报. 2018(12)
[2]结构面破坏时单裂隙变形及渗流规律研究[J]. 曹成,柴军瑞,覃源,许增光,谈然. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2018(09)
[3]基于统计参数的二维节理粗糙度系数非线性确定方法[J]. 王昌硕,王亮清,葛云峰,梁烨,孙自豪,董曼曼,张楠. 岩土力学. 2017(02)
[4]统计参数与JRC的定量关系研究[J]. 张建明,唐志成,蒋景东,占婷. 科学技术与工程. 2015(14)
[5]节理峰值抗剪强度试验研究[J]. 杨洁,荣冠,程龙,侯迪,王小江. 岩石力学与工程学报. 2015(05)
[6]三峡库区侏罗系不同类型结构面抗剪强度对比[J]. 王姣,李长冬,雍睿,梁德明. 煤田地质与勘探. 2014(05)
[7]岩石节理应力–渗流耦合试验系统研究进展[J]. 肖维民,夏才初,邓荣贵. 岩石力学与工程学报. 2014(S2)
[8]Barton标准剖面JRC与独立于离散间距的统计参数关系研究[J]. 孙辅庭,佘成学,万利台. 岩石力学与工程学报. 2014(S2)
[9]粗糙节理的峰值抗剪强度准则[J]. 唐志成,夏才初,宋英龙. 岩土工程学报. 2013(03)
[10]多级加载下岩石裂隙渗流分段特性试验研究[J]. 郭保华,苏承东. 岩石力学与工程学报. 2012(S2)
博士论文
[1]岩石结构面力学及水力特性实验研究[D]. 王小江.武汉大学 2013
本文编号：3709639
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