【摘要】：西部生態(tài)環(huán)境脆弱,水資源量缺乏。地下工程中工程擾動(dòng)會(huì)對(duì)隔水巖層造成不可逆的損傷。工程擾動(dòng)結(jié)束后,隔水巖層的穩(wěn)定性對(duì)于保持水資源不流失至關(guān)重要。本文依據(jù)已有研究,考慮水環(huán)境中水對(duì)巖石賦存條件的改變情況,綜合考慮膨脹、摩擦等因素,提出了壓剪應(yīng)力狀態(tài)下巖石邊界裂紋的擴(kuò)展判據(jù),并利用物理實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。主要工作內(nèi)容包括:結(jié)合巖石D-P破壞準(zhǔn)則和裂紋尖端的應(yīng)力場,推導(dǎo)了巖石斷裂韌度的計(jì)算公式。制備了干燥、自然狀態(tài)、含水率2.3%、含水率2.5%以及自然飽和狀態(tài)的巖石試樣并進(jìn)行斷裂韌度測(cè)試試驗(yàn)和巖石剪切試驗(yàn)。根據(jù)剪切試驗(yàn)和最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則,確定了巖石斷裂韌度計(jì)算中各參數(shù)的選取方式,為工程應(yīng)用提供參考。利用STCA法測(cè)試了不同含水狀態(tài)巖石的I-II復(fù)合型斷裂韌度,對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。根據(jù)實(shí)際情況,將裂紋區(qū)分為張開型以及閉合型。以復(fù)變函數(shù)方法為理論基礎(chǔ),綜合考慮裂紋尖端膨脹等因素,推導(dǎo)了兩種形式巖石含水邊界裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算公式。同時(shí),結(jié)合壓剪裂紋斷裂的經(jīng)驗(yàn)公式得到了含水邊界裂紋的起裂判據(jù)。采用不同飽和狀態(tài)含邊界裂紋巖樣進(jìn)行了壓剪實(shí)驗(yàn),對(duì)壓剪邊界裂紋起裂判據(jù)的計(jì)算結(jié)果加以驗(yàn)證。并使用自制側(cè)壓加載裝置,分析了水平側(cè)壓對(duì)邊界裂紋擴(kuò)展的影響規(guī)律,進(jìn)一步驗(yàn)證了裂紋起裂判據(jù)的準(zhǔn)確性。針對(duì)裂紋幾何參數(shù)、含水條件等巖石含水邊界裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響因素進(jìn)行參數(shù)化分析,得到了各參數(shù)對(duì)裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響規(guī)律。分析了壓剪系數(shù)隨裂紋幾何參數(shù)的變化規(guī)律。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TD313
【圖文】：

(a) 滲流阻與應(yīng)力的關(guān)系 (b) 滲透率與法向應(yīng)力的關(guān)系圖 1-1 裂隙分布的 串并聯(lián) 描述分析[18]Figure 1-1 Description andAnalysis of Fracture Distribution in Series and ParallelConnections[18](1) 等效連續(xù)模型等效連續(xù)模型被廣泛地應(yīng)用于模擬水在裂隙巖體中的流動(dòng)情況。在模型中，通常將每條裂隙看作由兩個(gè)彈簧連接的平行板組成。在水巖耦合的研究中這類模型通常用來描述巖體中的應(yīng)力-滲流耦合過程。在計(jì)算過程中，連續(xù)模型可以做到較好地反映出流體對(duì)巖石造成的剪切膨脹和水力開度變化的耦合情況，對(duì)于節(jié)理巖體，表面的粗糙度系數(shù)亦對(duì)水力開度有直接影響[30-33]。(2) 離散化模型為客觀描述巖石在水介質(zhì)條件下的破壞過程，將巖石看作裂隙孔隙共同組成的多孔介質(zhì)材料符合實(shí)際情況，從而提出了離散化的理論模型。這類模型主要將巖體中缺陷的形式加以區(qū)別，針對(duì)不同尺度、不同規(guī)模的缺陷分開描述。例如，在多孔介質(zhì)材料的研究中有學(xué)者就將其看成雙孔隙情況，針對(duì)飽和裂隙材料的性

現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，利用鋼筋混凝土襯砌對(duì)于預(yù)防水壓劈裂具有良好效果[67]。通過三軸試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在不同的應(yīng)力狀態(tài)下會(huì)發(fā)生改變，這一現(xiàn)象解釋了在采礦工作面由于開挖以及原有地導(dǎo)致水力特性的變化情況[68]。通過對(duì)干燥度、飽和度及巖性不同單軸加載、循環(huán)加載等受力條件，研究其彈性非線性行為在含有響規(guī)律。結(jié)果表明，巖石內(nèi)部液體會(huì)影響波在其內(nèi)部的傳播形式變對(duì)應(yīng)力的響應(yīng)發(fā)生明顯滯后。液體對(duì)巖石物理性質(zhì)改變的根本于固體骨架存在長期的應(yīng)力腐蝕，從而引起微細(xì)觀的損傷破壞最裂[69, 70]。為得到應(yīng)力加載歷史對(duì)裂隙巖體的滲透性影響情況，有花崗巖，通過控制圍壓、水力梯度、卸載等參數(shù)進(jìn)行滲透試驗(yàn)，卸載過程中，裂隙開度的恢復(fù)出現(xiàn)了顯著的滯后效應(yīng)，說明裂隙中產(chǎn)生了不可恢復(fù)的非彈性變形[71, 72]。由于巖石在自然界所處的變，考慮震動(dòng)以及地下裂隙網(wǎng)絡(luò)的砂質(zhì)充填，本課題組分別研制聯(lián)合振動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)以及多功能巖體裂隙滲流試驗(yàn)系統(tǒng)，以滿足不同究需要[73, 74]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖 1-2，圖 1-3 所示。

圖 1-3 裂隙達(dá)西滲流的實(shí)驗(yàn)結(jié)果[75]Figure 1-3 Experimental results of Darcy seepage in fissures理論的快速發(fā)展，各種利用聲信號(hào)反映巖石內(nèi)部形式的手實(shí)驗(yàn)中。以凱瑟效應(yīng)作為理論基礎(chǔ)的聲發(fā)射技術(shù)可以實(shí)時(shí)隙在發(fā)生應(yīng)力分布時(shí)的能量釋放過程，以此推測(cè)出巖石內(nèi)。通過對(duì)不同晶粒尺寸的花崗巖樣水力壓裂實(shí)驗(yàn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)易產(chǎn)生剪切裂紋還是更易產(chǎn)生拉伸裂紋與注入液體的黏性。而對(duì)巖鹽礦的水力壓裂研究發(fā)現(xiàn)宏觀裂紋的產(chǎn)生是由剪，橢圓形的形態(tài)則由正應(yīng)力與剪應(yīng)力的比值來控制[76-79]。方面，由于巖石在破壞的過程中伴隨著體積應(yīng)變的產(chǎn)生，電性能隨之改變。同時(shí)，電位差、電阻率等電學(xué)參數(shù)對(duì)于水率變化十分敏感。因此，學(xué)者們通過電法探測(cè)在巖層穩(wěn)化過程的性質(zhì)改變方面進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場測(cè)試并提出Archie 公式。這就為直觀地描述巖石含水量等內(nèi)部性質(zhì)的有效手段[80-85]。

【參考文獻(xiàn)】

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1 鄭安興;羅先啟;;壓剪應(yīng)力狀態(tài)下巖石復(fù)合型斷裂判據(jù)的研究[J];巖土力學(xué);2015年07期

2 章統(tǒng);劉衛(wèi)群;唐s

本文編號(hào)：2748864