不同围压下破碎花岗岩非线性渗流特性试验研究

发布时间：2018-06-01 21:27

本文选题：破碎花岗岩 + 高渗压　；参考：《岩土力学》2017年S1期

【摘要】：随着我国高坝枢纽工程和高水头抽水蓄能电站的大规模兴建,高坝岩基和高压引水系统围岩将承受极高的渗透水压和水力坡降,不仅导致岩体渗流产生强烈的非线性,而且导致岩体发生渗漏、突透水和渗透破坏的风险急剧增大。采用Triaxial Cell三轴试验系统,开展不同围压(1~30 MPa)下阳江破碎花岗岩的非线性渗流试验,研究高水力梯度条件下破碎花岗岩的非线性渗流特性及其表征方法。试验结果表明,随着水力梯度的逐步增大,破碎花岗岩中的水力梯度与渗流流量呈非线性特征;在围压加载过程中破碎花岗岩的非线性渗流特征逐渐减弱。结合花岗岩的破碎形态和渗透率量级,提出了破碎花岗岩非线性渗流3种可能的成因机制即惯性效应、渗透失稳和固液界面效应。在该基础上分别采用二次函数型Forchheimer公式和幂函数型Izbash公式对试验结果进行拟合,结果表明二者均能很好地表征破碎花岗岩的非线性渗流行为。Forchheimer公式非线性系数既能够表征渗流的惯性效应,又能表征渗透失稳机制,其在量值上随着围压的增大呈现正负交替现象,与围压加载过程中破碎花岗岩裂纹的闭合和扩展密切相关;Izbash公式非线性系数则既能够表征渗流的惯性效应,又能表征低渗介质非线性渗流的固液界面效应,其在量值上与围压存在相关性很好的幂函数关系。研究成果对于深化高渗压、大水力梯度条件下断层破碎带和挤压带非线性渗流规律研究具有重要意义。
[Abstract]:With the large-scale construction of high dam project and high head pumped storage power station in China, the rock foundation of high dam and the surrounding rock of high pressure water diversion system will bear extremely high permeable water pressure and hydraulic slope, which not only lead to strong nonlinear seepage of rock mass. Moreover, the seepage of rock mass and the risk of water inrush and seepage failure increase rapidly. Using Triaxial Cell triaxial test system, the nonlinear seepage experiments of broken granite in Yangjiang under different confining pressures (1 ~ 30 MPA) were carried out. The nonlinear seepage characteristics and their characterization methods of broken granite under high hydraulic gradient were studied. The experimental results show that with the increasing of hydraulic gradient, the hydraulic gradient and seepage flow rate of broken granite show nonlinear characteristics, and the nonlinear seepage characteristics of broken granite gradually weaken during confining pressure loading. Combined with the breakage morphology and permeability of granite, three possible genetic mechanisms of nonlinear seepage of broken granite, namely inertia effect, permeability instability and solid-liquid interface effect, are put forward. On this basis, the test results are fitted by the quadratic Forchheimer formula and the power function type Izbash formula, respectively. The results show that both of them can well characterize the nonlinear seepage behavior of broken granite. The nonlinear coefficient of Forchheimer formula can represent both the inertia effect of seepage flow and the mechanism of seepage instability. With the increase of confining pressure, there is a positive or negative alternation phenomenon. The nonlinear coefficient of Izbash formula is closely related to the crack closure and propagation of broken granite during confining pressure loading, which can represent the inertia effect of seepage. It can also be used to characterize the solid-liquid interface effect of nonlinear percolation in low permeability medium, which has a good power function relationship with the confining pressure. The results of the study are of great significance for deepening the study of nonlinear seepage law of fracture zone and compression zone under the condition of high permeability and large hydraulic gradient.
【作者单位】：南昌大学建筑工程学院;武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金项目(No.51579188,No.51409198)~~
【分类号】：TV223.6

【参考文献】

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【共引文献】

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【二级参考文献】

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