论文题目: 水力劈裂条件下裂隙介质水力特性研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 水文学及水资源
作者: 唐红侠
导师: 周志芳
关键词: 水力劈裂,水压力,裂隙,倾角效应,起劈,隙宽,渗透性
文献来源: 河海大学
发表年度: 2005
论文摘要: 我国的水电开发处于前所未有的黄金时期,使得一批大型、特大型的水利水电工程开始兴建。这些高坝大库坐落在裂隙岩体之上,蓄水后坝基裂隙岩体将面临很高的外水压力,那么它们能否承受这么高的水压力?这取决于坝基岩体中的裂隙在高水压下的稳定性及渗透性,它关系着整个工程的安全与否。为了解决这类问题,把水力劈裂的理论和技术引用到该领域,对这类问题进行了探索性研究;而水力劈裂理论在评价坝基岩体中裂隙的稳定性方面的研究还较薄弱。故论文的选题具有理论意义和实用价值。 本论文以已有的水力劈裂理论为基础,以原位水力劈裂试验结果为依据,以峡谷区天然条件下的裂隙为对象,用构造地质学、岩石力学、地下水动力学及线弹性断裂力学的理论及方法来研究水力劈裂过程中裂隙的发生、发展过程,以及在该过程中裂隙的渗透性规律,并给出了水力劈裂过程的机理分析。最后结合工程实际进行应用。 本文通过对原位水力劈裂试验结果分析发现:影响岩体劈裂压力的根本原因在于岩体内是否存在裂隙及已存在裂隙的规模。作者完善了水力劈裂过程的三阶段:裂隙起劈阶段、裂隙生长阶段和裂隙稳定阶段,指出裂隙生长阶段的结束应以流量的衰减作为标志。利用无量纲化的方法研究表明:在水力劈裂过程中的裂隙起劈阶段:裂隙宽度—水压力关系及裂隙渗透性—水压力关系均为对数关系;在水力劈裂过程中的裂隙稳定阶段:裂隙宽度—水压力关系及裂隙渗透性—水压力关系均为线性关系。论文从机理上对水力劈裂过程进行分析,通过固体力学分析得出:水力劈裂过程与裂隙的压裂过程之间在变形机理上有着本质的区别。水力劈裂过程只有弹性变形和脆性破坏,不存在裂隙压裂过程中的第三种变形机理—压缩破坏。通过流体力学分析得出:在裂隙起劈阶段,地下水流的流态为紊流,且J-v之间满足指数关系;在裂隙稳定阶段,地下水流的流态较为接近层流状态。另外,论文还分析了在应力(正应力)作用下裂隙介质中裂隙的倾角对渗流的影响,即裂隙面的倾角效应。最后,因为水电工程自身的特点:蓄水后地应力与试验条件下的地应力区别很大,再加上本次水力劈裂试验的局限性,故在进行工程应用时,只能得出近似的结果。但是该结果仍然对本文中的水利水电工程以及类似的水利水电工程具有指导意义。
论文目录:
前言
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1．1 论文研究的目的、意义
1．2 国内外研究概况
1．2．1 水力劈裂理论与技术的研究进展
1．2．2 裂隙变化及其渗透规律研究进展
1．2．3 水力劈裂条件下裂隙变化及其渗透性研究进展
1．3 论文研究的内容和研究方法
1．3．1 论文研究的内容
1．3．2 论文研究方法
第二章 河流峡谷区裂隙发育及透水性规律研究
2．1 概述
2．2 影响裂隙发育的因素
2．2．1 岩体结构建造
2．2．2 构造改造
2．2．3 表生改造
2．2．4 峡谷区裂隙发育规律
2．3 峡谷区裂隙岩体透水性规律研究
2．3．1 层状岩体透水性规律
2．3．2 块状岩体透水性规律
2．4 本章小结
第三章 水力劈裂试验研究
3．1 概述
3．2 水力劈裂试验
3．2．1 试验目的
3．2．2 试验区概况
3．2．3 试验设备
3．2．4 试验步骤
3．3 水力劈裂试验结果
3．3．1 理想试验结果
3．3．2 本次试验结果
3．4 试验结果分析
3．4．1 单个试验段试验结果分析
3．4．2 全部试验段试验结果分析
3．5 岩体发生水力劈裂的净压力研究
3．5．1 试验段岩体的物理力学指标
3．5．2 地层初始应力分布
3．5．3 裂隙岩体发生劈裂的净压力
3．6 本章小结
第四章 水力劈裂过程中裂隙连通性研究
4．1 裂隙及裂隙网络连通性
4．1．1 裂隙及裂隙网络连通性研究概况
4．1．2 单个裂隙的连通性
4．1．3 裂隙网络的连通性
4．2 水力劈裂裂隙模型
4．2．1 PKN裂隙模型
4．2．2 KGD裂隙模型
4．3 裂隙隙宽的确定
4．3．1 PKN裂隙模型确定隙宽
4．3．2 KGD裂隙模型确定隙宽
4．4 隙宽随压应力变化的研究
4．4．1 裂隙闭合的概念模型
4．4．2 裂隙闭合的经验模型
4．5 隙宽随水压力变化的试验研究
4．5．1 应用 PKN裂隙模型
4．5．2 应用 KGD裂隙模型
4．6 本章小结
第五章 应力作用下裂隙介质渗流机理分析
5．1 概述
5．2 渗流试验及结果
5．2．1 渗流试验介绍
5．2．2 试验结果
5．3 变形试验及结构面倾角效应分析
5．3．1 直剪试验及倾角效应
5．3．2 三轴剪切变形试验及倾角效应
5．4 应力对裂隙渗流的影响
5．4．1 正应力对裂隙渗流的影响
5．4．2 剪应力对裂隙渗流的影响
5．4．3 裂隙劈裂对裂隙渗流的影响
5．5 三种渗流曲线类型的机理分析
5．5．1 第一种典型曲线类型
5．5．2 第二种典型曲线类型
5．5．3 第三种典型曲线类型
5．6 本章小结
第六章 裂隙及裂隙岩体渗透性随水压力变化研究
6．1 裂隙渗透性的确定
6．1．1 单裂隙内的水流运动规律
6．1．2 裂隙渗透系数的确定
6．2 裂隙渗透性随水压力变化的规律研究
6．2．1 裂隙渗透性与正应力的关系
6．2．2 裂隙渗透性随水压力变化的规律
6．3 裂隙及裂隙岩体的渗透规律研究
6．3．1 岩体的平均渗透性参数的确定
6．3．2 裂隙及裂隙岩体渗透性分析
6．4 水力劈裂过程中的力学机理分析
6．4．1 固体力学机理分析
6．4．2 流体力学机理分析
6．5 本章小结
第七章 水库蓄水岩体的渗透规律预测
7．1 概述
7．2 水库的基本条件介绍
7．2．1 水库概述
7．2．2 坝址基本地质条件
7．3 地层初始应力分布
7．3．1 不考虑水的自重
7．3．2 考虑水的自重
7．4 蓄水后的水力劈裂裂隙及渗透性预测
7．4．1 水力劈裂裂隙的类型
7．4．2 水力劈裂模型及其解
7．4．3 裂隙的渗透性预测
7．5 本章小结
第八章 结论与建议
8．1 本论文主要研究成果
8．2 建议及有待进一步解决的问题
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的论文
发布时间: 2005-07-07
参考文献
- [1].岩体水力劈裂机理研究及其在地下洞室围岩稳定分析中应用[D]. 李宗利.河海大学2005
- [2].静水压力环境下混凝土裂缝扩展与双K断裂参数试验研究[D]. 王建敏.大连理工大学2009
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- [5].裂隙岩体渗流应力耦合状态下裂纹扩展机制及其模型研究[D]. 庄宁.同济大学2007