三轴应力作用下岩石单裂隙的渗流特性.pdf

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三轴应力作用下岩石单裂隙的渗流特性"

刘才华""!陈从新

中国科学院武汉岩土力学研究所!武汉()’’"&

摘要!!侧向应力作用下岩体裂隙开度呈现增大的趋势!采用侧向应力影响系数!将侧向应力等效为作用于裂隙法向的拉应力!基于岩体裂隙法向闭合变形法则!建立了三轴应力作用下裂隙开度表达式!在此基础上推导了岩石单裂隙渗流与三轴应力耦合模型4采用人工劈裂贯通裂隙进行三轴应力下的渗流实验!研究结果表明!法向应力$侧向应力以及渗压对裂隙渗透系数有显著的影响!裂隙渗透系数随法向应力的增加而减小!而随侧向应力或渗压的增加而增大!裂隙渗透系数与三轴应力呈指数函数关系4实验结果与理论分析具有很好的一致性4关键词!!三轴应力!岩石裂隙!渗流!渗透系数!耦合模型!!裂隙岩体渗流场与应力场的耦合问题是众多工

程领域如水利水电工程-采矿工程-边坡工程-石油储藏工程以及核废料处理等领域急需解决的课题!是当前岩体水力学研究的热点之一+作为裂隙岩体双场耦合研究的基础!岩体单裂隙渗流特性研究具有重要的意义+国内外学者对此进行了大量的

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研究!并取得了广泛的研究成果&+从目前的研

系数与三轴应力的耦合关系!指出侧向应力对裂隙渗透系数的影响规律类似于法向应力!即渗透系数与应力呈指数函数关系+这些工作极大地推动了三维应力作用下岩体裂隙渗流特性研究!但是!由于三轴应力作用下裂隙渗流特性研究还处于探索性阶段!现有的文献所揭示的三轴应力作用下裂隙的渗流规律存在很大的差异性!还没有形成较成熟的理论+

本文首先从理论方面分析了三轴应力作用下岩石单裂隙的渗流特性!建立了三轴应力作用下岩体单裂隙渗流模型+通过大量的室内实验!探讨了法向应力-侧向应力以及渗压对裂隙渗流特性的影响规律!在此基础上验证了岩体裂隙渗流与应力耦合理论模型的合理性+

究情况来看!岩体单裂隙渗流特性研究主要集中在法向应力与渗流耦合方面!对三维应力作用下岩体单裂隙的渗流特性所作的研究工作较少+但是!工程岩体一般受三维应力作用!因而三维应力条件下岩体裂隙渗流特性更能反映天然地质岩体的实际情况+近几年来!国内部分学者对三轴应力作用下岩石单裂隙的渗流特性开展了一些探索性的工作+张

’&’&&’玉卓&-曾亿山等&通过室内实验研究了不同侧

向应力和加载条件下裂隙流量的变化规律!并提出了相应的经验公式!其研究结果表明!裂隙流量随法向应力的增加而减小!随侧向应力的增加而增

&!’大+赵阳升&给出了三轴应力作用下裂隙渗透系数

!!裂隙渗流与三轴应力耦合模型

岩体裂隙应力和渗流的相互作用是通过裂隙开

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度的变化来实现的+研究表明&!法向应力作用下

裂隙的变形符合法向闭合变形法则!即#

的经验公式!指出裂隙渗透系数与法向应力和侧向应力均呈负相关关系+常宗旭等

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研究了裂隙渗透

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