岩体卸荷应力场—渗流场耦合试验研究及数值分析

论文题目: 岩体卸荷应力场—渗流场耦合试验研究及数值分析

论文类型: 硕士论文

论文专业: 岩土工程

作者: 艾万民

导师: 朱可善

关键词: 卸荷,应力场渗流场耦合,渗透系数,裂隙岩体,滞回现象,数值分析,库岸边坡

文献来源: 重庆大学

发表年度: 2005

论文摘要: 目前,水-岩耦合研究是岩土工程领域的前沿课题之一。渗流场和应力场的分布及其耦合情况,是影响裂隙岩体工程稳定性的重要因素。针对目前使用卸荷方法研究水-岩耦合作用较少的研究现状,本文基于理论分析、试验研究和数值分析,对低应力下岩体卸荷应力场-渗流场耦合作用进行了探讨,得到了如下主要结论:(1)在系统论述岩体裂隙几何及力学特性、卸荷岩体中应力分布特征以及裂隙岩体渗流场-应力场耦合模型的基础上,以立方定律为基础,从理论上推导了卸荷岩体裂隙渗透系数变化量与卸荷量之间的关系式;(2)基于最小二乘法原理,用Matlab编制程序,对卸荷岩体裂隙渗透系数变化量与卸荷量之间的关系的试验数据进行了拟合,并与理论值进行对比,二者吻合良好;(3)借鉴岩体应力-应变曲线滞回现象的P-M模型理论,提出了裂隙岩体应力-渗透系数曲线滞回现象的P-M模型;(4)通过卸荷渗流试验,探讨了渗透系数与卸荷量之间的关系。试验研究表明:随着岩体的卸荷,岩体渗透系数与卸荷量近似成一双曲线关系;随着卸荷量的增加,当有效卸荷量达到60%～80%以上时,岩体的渗透系数将会产生突变,此结果与本文所建立的理论模型计算结果吻合良好;在卸荷量一定的情况下,随着孔隙水压力的加-卸荷循环变化,其渗透系数逐渐变小;(5)通过对试验前后的试样进行的细观分析得出:岩体卸荷后,岩体内部的裂纹会合并、发展、汇合,并最终形成大的裂隙,此裂隙即为渗流的主要通道,导致了岩体渗透系数的大幅度增加,是影响岩体渗流特性的重要原因之一;(6)以变刚度弹簧单元建立裂隙模型,用大型有限元软件Ansys对试验模型进行了数值分析,研究表明:考虑耦合作用的径向应力,随着有效应力的增加变得越不均匀,而没有考虑耦合作用的径向应力,在整个作用过程中的均匀性基本不变;考虑耦合作用时,在端部会出现局部应力突变,没有考虑耦合作用时,应力为渐变,没有出现应力突变。模型的径向应变结果分布与径向应力结果分布类似;(7)基于数值分析,探讨了裂隙水压力的分布形式,并以立方定律为基础,假设裂隙面为光滑表面,理论推导了光滑非平行裂隙中的水头分布公式,结果发现二者均为弧线分布形式。(8)简要地分析了本文的水力模型在库岸滑坡分析中的应用,并建立了库水

论文目录:

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 项目研究的意义和目的

1.2 国内外研究现状

1.2.1 岩体应力场－渗流场耦合的研究

1.2.2 岩体卸荷渗流的研究

1.3 本文的主要研究内容及研究方法

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 本文的研究方法

2 岩体裂隙的几何特性及力学特性

2.1 岩体裂隙的几何特性

2.1.1 裂隙面的形态及模型

2.1.2 裂隙面的产状及规模

2.2 岩体裂隙的力学特性

2.2.1 裂隙面的变形特性

2.2.2 结构面的抗剪强度

2.2.3 结构面的刚度

2.3 裂隙岩体卸荷力学特性

2.3.1 岩体卸荷应力应变关系

2.3.2 卸荷岩体中的应力分布规律

2.4 本章小结

3 裂隙岩体卸荷应力场－渗流场耦合模型研究

3.1 岩体水力模型

3.1.1 单裂隙模型理论分析

3.1.2 裂隙岩体模型理论分析

3.2 卸荷岩体渗流－应力耦合模型研究

3.2.1 正应力对裂隙渗透系数的影响

3.2.2 饱和裂隙岩体卸荷渗透系数与卸荷量间关系的研究

3.3 渗透系数的滞回现象

3.3.1 岩体应力－应变曲线滞回现象的P-M 理论模型

3.3.2 岩体应力－渗透系数曲线滞回现象理论模型的建立

3.4 本章小结

4 裂隙岩体卸荷渗流试验研究

4.1 裂隙岩体卸荷渗流试验

4.1.1 试验装置简介

4.1.2 试验原理及步骤

4.1.3 卸荷渗流试验及结果分析

4.1.4 渗透系数优化

4.2 试件的细观试验

4.2.1 岩样矿物成份测定

4.2.2 岩样断面CT 扫描分析

4.3 本章小结

5 卸荷试验模型的数值分析

5.1 模型的建立

5.1.1 模型参数的确定

5.1.2 弹簧单元刚度分析

5.1.3 模型的建立

5.2 模型的耦合分析

5.2.1 模型的应力应变分析

5.2.2 模型隙宽变化及其压力分布规律

5.2.3 非平行裂隙水头分布公式推导

5.3 模型的工程应用分析

5.3.1 模型在库岸滑坡分析中的应用分析

5.3.2 库水位快速升降对库岸边坡稳定性的影响

5.4 本章小结

6 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

致谢

参考文献

附录

独创性声明

学位论文版权使用授权书

发布时间: 2006-12-05

参考文献

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• [4].耀县黄土塬渗透系数空间变异性分析[D]. 张毛.长安大学2017
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• [7].混凝土气体渗透系数影响因素研究[D]. 李刚.哈尔滨工业大学2011
• [8].干湿条件下压实粘土渗透系数的预测研究[D]. 冉冬琴.武汉理工大学2013
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