剪應力作用下巖體裂隙滲流特性分析(編輯修改稿)
2025-07-14 00:05 本頁面
【文章內容簡介】 cm2/s代入式(5)，有根據(jù)式(6)即可求出不同水頭、法向應力和剪應力下的滲透系數(shù)值。繪出Khτ曲線如圖2(b)～(f)所示。從圖2(b)～(f)可以看出，法向應力對裂隙的滲透性有明顯的影響，隨著法向應力的增加，裂隙的滲透性降低。剪應力對裂隙滲透性的影響沒有法向應力顯著，裂隙滲透系數(shù)隨剪應力的增加而降低，但降低的幅度比較有限，滲透系數(shù)剪應力曲線有較好的線性關系。(2)隙寬與剪應力實驗過程中發(fā)現(xiàn)，裂隙面剪動前裂隙隙寬隨剪應力呈遞減趨勢，文中取水頭為55cm時不同法向應力下的實驗數(shù)據(jù)，繪出隙寬減小量與剪應力的曲線如圖3所示。分析圖3，法向應力恒定時，剪應力作用下裂隙隙寬減小，裂隙被剪縮，但隙寬的減小僅有幾微米，而且隙寬的減小量與剪應力符合線性關系。本文實驗所施加的剪切荷載都較小，從裂隙隙寬和流量隨剪應力增加而減小這一特征來看，裂隙面處于彈性階段[15，16]。根據(jù)Barton公式[3]：式中：he為水力隙寬，E為力學隙寬，JRC為裂隙面粗糙系數(shù)。當隙寬有δ的微量變化時，有 此時，裂隙滲透系數(shù)可表示為根據(jù)式(3)對實驗數(shù)據(jù)進行分析可知，裂隙水力隙寬為120～190μm?？梢姡秾挏p小量δ相對于初始力學隙寬是一個微量。同時，由于裂隙面處在彈性階段，裂隙面形態(tài)可以認為是不變的，即JRC=const，忽略高階微量，于是式(9)可化為即式中：α為一個與裂隙面形態(tài)有關的常量。式(11)表明，滲透系數(shù)Kh與力學隙寬的變化量δ呈線性關系。至此，結合剪應力、滲透系數(shù)及隙寬變化量三者的關系可以看出，對于規(guī)則、均勻的粗糙裂隙面來說，裂隙面受剪后至剪動前的這一過程中，隨著剪應力的增加，裂隙隙寬減小，裂隙的滲透性降低，裂隙滲透系數(shù)與剪應力的關系可以用線性來描述。4. 結語 已有的研究表明，裂隙在剪脹階段滲透性的變化相當顯著，滲透系數(shù)甚至會出現(xiàn)數(shù)量級方面的變化[10，12]，而裂隙面在剪縮階段呈彈性狀態(tài)，所承受的剪切荷載遠小于其抗剪峰值強度，裂隙面的變形很小，這就決定了剪應力對裂隙滲透性的影響不會很大。從本文的實驗結果來看，裂隙滲透系數(shù)隨剪應力的增加而降低，但降低的幅度有限，此時裂隙隙寬也略有減小。裂隙面剪動前，裂隙滲透系數(shù)與剪應力之間可用線性關系來描述是合理的。：1Lomize G M. Glow inFracturedRocks[M].Mosoc：Gesenergoizdat，19512Louisstudyofgroundwaterflowinjointedrockanditsinfluenceonthestabilityofrockmasses(RockMech.Res.Rep.10)[R].London：Imp.Coll.，19693BantonN，BandisS，BakhtarK.Strength，deformationandconductivitycouplingofrockjoints[J].Int.J.RockMech.Min
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