結(jié)構(gòu)面是天然巖體中的弱面,其表面的持續(xù)風化和臨近地表物質(zhì)的原位沉積是結(jié)構(gòu)面充填物的兩大來源。充填物不僅會影響巖體結(jié)構(gòu)的強度和工程穩(wěn)定性,還會改變結(jié)構(gòu)面的滲流特性,因此對不同充填性質(zhì)影響下結(jié)構(gòu)面剪切-滲流耦合特性的研究有助于對工程巖體穩(wěn)定性的評價。本文通過自主研發(fā)的煤巖剪切-滲流耦合試驗裝置,開展了常法向應(yīng)力條件下充填物性質(zhì)對類巖石材料結(jié)構(gòu)面剪切-滲流耦合特性影響的試驗研究。同時利用三維光學掃描技術(shù)采集了上下結(jié)構(gòu)面的點云數(shù)據(jù),分析了充填材料、充填粒徑、滲透水壓等因素對結(jié)構(gòu)面強度特性、變形特性、滲流特性及其三維形貌特征的影響,并結(jié)合結(jié)構(gòu)面裂隙開度演化探討了結(jié)構(gòu)面在剪切破壞過程中的受力狀態(tài)演化及其剪切-滲流耦合作用機制。取得的主要研究成果如下:(1)充填結(jié)構(gòu)面的峰值剪應(yīng)力和法向位移從充填石膏、巖屑到黃泥依次遞減,受充填物強度影響較大;無充填結(jié)構(gòu)面的JRC整體減小且變化最為顯著,充填石膏、巖屑結(jié)構(gòu)面的JRC變化次之,充填黃泥結(jié)構(gòu)面的JRC幾乎沒有變化;充填物破壞和結(jié)構(gòu)面磨損主要受裂隙開度演化和局部應(yīng)力集中的影響,在裂隙開度較小的區(qū)域應(yīng)力分布較大,結(jié)構(gòu)面和充填物易沿此處磨損破壞;(2)充填粒徑越大,顆粒的破碎性和壓縮性就越大,則結(jié)構(gòu)面的峰值剪應(yīng)力和法向位移就越小,剪脹效果越來越不明顯;(3)隨著滲透水壓的增大,結(jié)構(gòu)面的峰值剪應(yīng)力和法向位移越來越小,相應(yīng)的滲流流量越來越大;充填巖屑、黃泥結(jié)構(gòu)面比充填石膏結(jié)構(gòu)面對滲透水壓的變化更為敏感;在較大滲透水壓下,充填不同物質(zhì)結(jié)構(gòu)面的峰值流量接近;(4)充填結(jié)構(gòu)面與流體具有雙向耦合作用。在特定充填厚度下,充填結(jié)構(gòu)面主要通過改變結(jié)構(gòu)面裂隙開度和充填物的裂隙發(fā)育來影響結(jié)構(gòu)面的滲流特性,水通過軟化和沖蝕作用削弱充填結(jié)構(gòu)面的力學性質(zhì);在剪切-滲流過程中,流體壓力會促進充填物內(nèi)微裂隙的發(fā)育,滲流通道的擴展貫通又會加速充填物的軟化。
【學位單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TU45
【部分圖文】：

技術(shù)路線圖

(d) 試件全貌圖 2.1 含無充填結(jié)構(gòu)面類巖體試件的制作Fig 2.1 Preparation of rock specimen with unfilled joint填結(jié)構(gòu)面類巖體試件的制作面分類[67]，試驗選取石膏、巖屑和黃泥作為充填物來件。其中石膏為《建筑石膏》GB/T9776—2008 標準規(guī)材料所得，黃泥采自重慶歌樂山須家河組地層。對采材料分別進行烘干、破碎、研磨成粉、粒徑篩分等處充填物質(zhì)。制取含充填結(jié)構(gòu)面類巖體試件主要采用控進行試件準備，如圖 2.2 所示。首先采用濕式填充的：水=3：1 的質(zhì)量比混合制取充填塊體。充填物與水混塑性和流動性，因此可以在壓制過程中均勻地充填于整構(gòu)面類巖體試件時，將充填物涂抹在上下結(jié)構(gòu)面間，對位置并夾緊，然后放置于加壓設(shè)備上，使其在法向

12(c) 含無充填和充填石膏、巖屑、黃泥結(jié)構(gòu)面類巖體試件圖 2.2 含充填結(jié)構(gòu)面類巖體試件的制作Fig 2.2 Preparation of rock specimen with infilled joint試驗系統(tǒng)① 煤巖剪切-滲流耦合試驗裝置試驗采用自主研發(fā)的煤巖剪切-滲流耦合試驗裝置，由伺服控制加載系統(tǒng)、流體源加載系統(tǒng)、剪切盒及其密封系統(tǒng)、控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等部分組成，如圖 2.3所示。該裝置可以實現(xiàn)最大 300 kN 的法向載荷和切向載荷、最大 20 mm 的剪切位移，位移精度為 0.005 mm/min。剪切過程中，控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會自動讀取 6個位移傳感器 LVDT 的讀數(shù)，并傳送信息到計算機軟件進行實時監(jiān)測。位移傳感器采集頻率為 0.1s/次。在剪切位移達到 10 mm 后停止剪切，卸載法向應(yīng)力和剪應(yīng)力。
【參考文獻】

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本文編號：2837980