剪应力作用下岩体裂隙渗流特性研究

通过对规则、均匀、粗糙裂隙的渗流剪切实验，结合裂隙面受剪时的力学机理，研究了岩体裂隙在剪切荷载作用下的渗流特性，并对裂隙剪缩阶段过流能力的变化进行了探讨。实验结果表明，剪切荷载作用下，裂隙在剪动前渗透性随剪应力的增加而降低，且渗透系数与剪应力有十分明显的线件关系。     

含密实原岩充填物的宜昌砂岩裂隙渗流试验研究

 鉴于有无填充物条件下岩体裂隙渗流规律巨大差异,以及工程岩体中大量渗流裂隙为原岩破碎物填充的剪切滑移裂隙,研究加载路径、轴压、围压、裂隙深度、原岩充填物粒径等因素对渗流量的影响对岩质边坡渗流参数的选取及稳定性判别。针对带人工切割裂纹的宜昌地区砂岩裂隙渗流开展试验研究,得到如下结论：(1) 填充砂粒在没有冲紧密实之前,不但受到轴压的加载路径影响,还受到围压的加载路径影响,其渗流量测量数据是没有可重复性的。经过4次以上围压轴压加卸循环后,渗流数据趋于稳定,具有可重复性。(2) 裂隙深度小于2.5 cm时,含密实充填物的裂隙渗流量与轴压的关系大致呈线性;裂隙深度达到2.5 cm后,两者为非线性关系,这主要是裂隙深度增大导致砂粒位置和结构的改变可能性增大造成。(3) 对有充填裂隙岩体,围压影响显著,而对开度较大的无充填的裂隙,围压对渗流量的影响极小,这是因为围压造成的岩体形变量对于开度较大的裂隙过水断面而言量级过小造成。(4) 轴压小于0.03 MPa或围压小于1 MPa时,填充物粒度对渗流量影响呈无序性;轴压大于0.03 MPa且围压大于1 MPa时,砂粒度越大,对应的渗流量就越大,此时,轴压越大,填充物粒度对渗流量的影响越显著,随着围压的增长,3种不同粒度对应的流量保持的大小关系和相互比例趋于稳定。     

裂隙充填介质对边坡渗流的控制效应

基于裂隙充填物膨胀压力与蚀变岩体力学参数测试分析成果,针对膨胀性充填物对裂隙岩体渗流影响极少开展的问题,探讨了充填物的力学响应对裂隙渗流的影响。研究表明,无论充填物产生的膨胀压力对裂隙来说是剪应力还是拉应力,都将导致其渗透性显著增加。并且,充填物的塑化、液化效应也对裂隙渗流产生重要影响。     

仿天然岩体裂隙渗流的实验研究

本文用人工粗糙面缝隙模拟天然岩体裂隙进行物理模型实验，对天然岩体裂隙渗流机理及其规律做了初步探讨。在总结洛米捷及路易斯研究成果的基础上提出了一个改进计算模式，使得计算理论值与实测值吻合得更好。     

二维应力作用下岩石单裂隙渗流规律的实验研究

在对人工充填砂裂进行剪切实验的基础上，分析了剪应力和法向有效应力作用下裂隙岩石的渗流特性，并提出了二维应力作用下裂隙岩石渗流模型，即剪应力和法向有效应力耦合作用下的渗流公式。     

三维应力作用下天然裂隙渗流规律的实验研究

通过天然裂隙的渗透实验,揭示了三维应力作用下天然裂隙渗流规律,建立了等效法向应力σｎｅ作用下裂隙闭全量△ｂ与渗透系数ｋｆ,σｎｅ与△ｂ的关系式,经过一修正立方定律进行比较,说明所揭示规律的正确性,同时对高应力状态下渗透性态的转化作了初步探讨。     

岩石剪切裂隙渗流特性试验与理论研究

 通过在三轴应力条件下对丹江口库区辉绿岩进行剪切破坏得到剪切裂隙,然后对剪切裂隙进行不同围压和裂隙水压力(渗透压差)作用下渗透性能的试验研究。研究结果表明：绝大部分岩样在剪切破坏后会形成单条贯穿剪切裂隙,这种剪切裂隙的渗透系数与净围压的关系符合指数函数特征,且受环向应变影响很大,但受轴向应变影响较小;裂隙水压力对裂隙渗透系数影响明显,在相同净围压下,裂隙水压力越大,渗透系数越大,其主要原因是较大的裂隙水压力使裂隙两侧基岩产生附加变形,导致隙宽增加。基于试验数据和理论分析,根据三维应力下的裂隙–岩块位移模型推导考虑裂隙水压力的渗透系数计算公式,该公式可以较好地描述不同围压和裂隙水压力下实测渗透系数的变化趋势,并且公式中的参数均可根据简单的三轴压缩试验得到,计算结果与实测数据符合较好。     

三维应力下吸附作用对煤岩体气体渗流规律影响的实验研究

介绍了三维应力作用下煤岩体孔隙裂隙中瓦斯气体渗流规律的实验方法和实验结论。主要揭示：气体吸附作用和变形作用对渗流有重要影响,吸附作用表现为渗透系数随孔隙压呈负幂函数规律变化,变形作用表现为渗透系数随有效体积应力呈负指数规律变化以及非吸负指数规律变化,吸附与变形共同作用的结果,使渗透系数随孔隙压变化表现为存在一临界值ｐｃ,当ｐ〈ｐｃ参透系数衰竭,当ｐ〉ｐｃ时,渗透系数增加。     

渗流作用下裂隙深度对滑坡稳定性影响研究

大量的工程实例表明,降雨会诱发滑坡的产生和发展,特别是久雨或暴雨条件,是滑坡灾害发生的重要因素.在滑坡逐渐形成的过程中,坡体可能存在一定的裂隙,这些裂隙使得降水入渗过程更为强烈,从而进一步加重了滑坡灾害.同时,裂隙会随着滑坡的发展而不断发育,裂隙深度会逐渐加大,形成恶性循环.本文模拟了在降雨渗流场作用下,考虑裂隙不同深度对滑坡稳定性的影响.通过计算分析表明,模拟的结果与实例滑坡较为吻合;裂隙的存在会显著影响坡体的稳定性;裂隙深度越大,滑坡稳定性受降雨影响降低的幅度也越大;降雨持续时间越久,裂隙深度对滑坡稳定性的影响程度越大.     

多轴应力作用下砂砾岩单裂隙渗流规律试验研究

用劈裂的方法在砂砾岩块上制造裂隙来模拟天然岩体的张性裂隙,在自行研制渗流-多轴应力耦合试验机上开展了一系列单裂隙渗流应力耦合试验,分别研究了垂直于裂隙面加载、平行于裂隙面加载对裂隙渗透能力的影响规律,对单裂隙岩体在多轴应力作用下的渗流规律作了探讨.成果表明,法向应力和侧向应力对裂隙的渗透系数有着明显的影响,共同决定着渗透系数的变化.     

多级加载下岩石裂隙渗流分段特性试验研究

利用自行研制的岩石裂隙辐射型渗流系统,试验研究室温下粗晶大理岩、中砂岩、灰岩和细晶大理岩4个岩石张裂隙在法向闭合过程中的渗流分段特性及加载历史的影响。根据闭合裂隙的接触状态及流域分布特征,裂隙渗流可分为群岛流、过渡流、沟槽流3个阶段;单位水头流量与法向应力呈指数函数关系,随法向应力增加而降低,后次加载中相同法向应力下单位水头流量明显较低;单位水头流量与力学隙宽呈幂函数关系,幂指数范围为1.93～2.60,可认为接触型粗糙岩石裂隙渗流量与力学隙宽呈次立方关系;后次加载时,相同力学隙宽下单位水头流量也明显较低;水力等效隙宽与力学隙宽呈分段的线性关系,修正的立方定律在相应分段内成立。研究结果对岩体裂隙渗流计算有一定的理论意义。     

偏应力往返作用下饱和砂土变形特性的试验研究

在固结排水条件下保持球应力不变,进行了偏应力往返作用下的动三轴试验,分析了饱和砂土的体积变形特性。结果表明:(1) 体应变可视具体条件表现为C1型剪缩(初次加荷)、C2型剪缩(卸荷前未产生剪胀)、C3型剪缩(卸荷前产生剪胀)、剪胀P及剪刚R(再加载无胀缩)等物态有规律的变化;(2) 各物态的体应变均与所作用的偏应力比有良好的线性关系。其参数与综合反映应力特征及土性特征的各物态起始体应变间均有良好的指数或直线关系;(3) 体应变可跟踪偏应力的往返变化,区分加荷、卸荷段的各不同物态,依序考虑各物态起始时的体应变,在对应确定相应参数的基础上进行计算,计算的结果与试验关系间有良好的一致性。     

球应力往返作用下饱和砂土变形特性的试验研究

在固结排水条件下保持偏应力不变,进行球应力往返变化的三轴试验,对球应力往返作用下饱和砂土的变形随着往返作用次数增大而变化的规律及其受干密度状态和固结应力状态的影响问题给出系统的试验成果与分析。研究结果表明(1)球应力往返作用主要产生体应变,同时出现明显的残余体应变与往返体应变,且往返体应变表现为压缩物态(加荷)与回胀物态(卸荷)的交替变化,而产生偏应变很小,可忽略不计;(2)压缩物态段的体应变与回胀物态段的体应变与作用球应力比的对数值之间均存在良好的线性关系,这些线性关系的参数,视具体情况与固结应力状态和土性状态以及球应力的往返作用次数有关;(3)压缩物态段的线性关系,对固结应力有一定的“记忆性”,这种记忆性在均压固结下表现为线性关系在固结球应力处的转折性(在固结球应力前后有不同的斜率),在偏压固结下表现为转折随固结剪应力出现的衰减性(一般在固结球应力前后可有相同的斜率);(4)在两种物态段,再次与多次的加荷或卸荷主要引起体应变与球应力比关系直线截距的升高,而基本上不改变体应变关系线的斜率;(5)利用所揭示的规律与有关参数,可以跟踪球应力的往返变化,计算相应球应变的变化,计算结果与试验结果吻合较好。     

三轴压应力–化学溶液渗透作用下单裂隙花岗岩裂隙开度演化

 为研究单裂隙花岗岩在应力–化学溶液渗透条件下的开度演化规律,开展单裂隙花岗岩在恒定三轴压应力及化学溶液渗透作用下的试验。对试验过程中渗透溶液离子浓度进行分析,结果表明,压应力作用下,裂隙接触面矿物溶解、自由面矿物溶解以及矿物沉淀3个过程影响裂隙开度的演化规律。通过裂隙面三维扫描数据获取裂隙开度变化与接触面积率的关系,并基于此在已有研究基础上分别建立酸性溶液和碱性溶液渗透作用下花岗岩裂隙开度演化模型。模拟结果表明,模型计算结果与试验结果符合较好,能够很好地描述裂隙在化学溶液渗透和应力作用下的演化规律;酸性溶液渗透作用下,接触面矿物溶解过程的强弱控制着裂隙开度的演化,而碱性溶液渗透作用下,矿物的沉淀过程也发挥着重要作用。     

高应力作用下尾砂非线性剪切强度特性研究

尾矿强度参数是影响尾矿坝体稳定分析的关键因素。基于室内尾砂三轴加载试验成果,对高应力条件下尾砂非线性强度特性予以研究。试验结果表明:高应力尾砂的三轴固结不排水剪切曲线具有明显软化特性,曲线软化程度随着围压的增大而增大。根据三轴应力-应变曲线建立了描述尾砂应变软化现象的改进双曲线模型,采用二次抛物线型、幂函数型的包络线描述强度特征的非线性。对比结果表明,幂函数型Mohr强度准则作为高应力条件下尾砂破坏的强度判据,具有较高精度。等效法向应力与内摩擦角正切值的函数关系表明,高应力条件下尾砂的内摩擦角不是一个定值,而具有幂函数型非线性特征。     

三维应力作用下单一裂缝渗流规律的理论与试验研究

针对目前国内外在岩石力学学科中争议较大的关于岩体裂缝的渗透系数是否受侧向应力的影响这一焦点问题进行了深入的研究。建立了单一裂缝岩体在三维应力作用下的物理模型和严密的关系方程，推导出渗透系数计算公式，并对该公式进行了大量的三轴试验数据的验证。其简化后的仅在法向应力作用下的渗透系数计算公式，与已有的计算公式一致。分析后得出结论：裂缝侧向应力引起的裂缝侧向变形对其裂缝渗流有重要的影响，其影响规律同样是负指数规律。     

含弱透水夹层饱和砂土坡体滑坡的实验研究

通过含有细砂夹层的饱和砂土在冲击载荷下的滑坡模拟实验，考察了土层参数不均匀的坡面的滑坡模式，坡体变形，破坏和不均匀渗流引起的滑坡，特别是散体粒径不均匀时出现的含水层和通道与滑坡的关系，各控制参数(载荷的和土体的)对滑坡的影响，并对这类滑坡中的现象给出了定性解释。     

光滑裂隙高流速非达西渗流运动规律的试验研究

 采用光滑平行板模拟岩体裂隙,研制可变裂隙开度、高水力梯度、自循环水流的单裂隙室内渗流模型试验装置。试验研究宽裂隙高水力梯度下的非达西渗流运动规律,建立流速与水力梯度的非线性关系曲线。将试验结果与Lomize紊流公式、速宝玉紊流半经验公式进行对比分析,发现三者在低水力梯度情况下结果较为一致,对于高水力梯度情况会出现较大的差异。最后探讨单裂隙高流速非达西渗流运动特点及判别准则等问题,建立非达西渗流流速与裂隙开度的关系曲线,以便于工程应用。