考慮剪脹特性的裂隙巖體應力—滲流耦合特性研究.pdf

1、裂隙巖體應力—滲流耦合效應備受巖體力學和相關(guān)工程關(guān)注，這些相互作用會對工程巖體的強度和穩(wěn)定性造成極不利影響，建立準確可靠的裂隙巖體滲透規(guī)律對于指導工程具有重要的意義。本文結(jié)合國家自然科學基金青年科學基金項目（51009086），通過試驗研究，數(shù)學力學理論分析，數(shù)值模擬研究，建立了考慮剪脹特性的裂隙巖體應力—滲流耦合模型。本論文的主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)選擇較為合理的表面形態(tài)參數(shù)對粗糙裂隙的表面形態(tài)進行了數(shù)學描述，應用數(shù)學方法

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)與相應物理量之間的定量關(guān)系。對粗糙表面的起伏度和粗糙度進行了數(shù)學描述并給出了起伏度和粗糙度組合形態(tài)特征函數(shù)。
　　(2)對裂隙巖體的幾何特性、變形特性、力學特性、滲流特性等進行了理論分析研究；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，從擴容指數(shù)和剪脹角

3、入手推導并提出了裂隙巖體剪脹效應描述方程。
　　(3)運用分形接觸理論和功率譜密度對粗糙度進行研究，運用立方體覆蓋法計算分形維數(shù)，進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；對粗糙表面進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—滲透試驗表明：恒定法向應力和恒定法向剛度對裂隙試件的剪脹起到了一定的抑制作用，恒定法向剛度對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、單寬流量和水力開度也越大?；诹严稁r體剪切—滲透試驗結(jié)果，以等效水力半徑為橋梁，研究裂隙水力開度、力學開度和粗糙度之間的變化規(guī)律，進一步研究了裂隙巖體的應力—滲流耦合方程。
　　(5)細觀與宏觀相結(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—彈塑性組合的細觀本構(gòu)模型和彈脆性+基于應變軟化的變參數(shù)偽彈塑性組合宏觀本構(gòu)模型。
　　(6) COMSOL Multiphysics數(shù)值模擬表明：