裂隙岩体渗透性分析研究_张电吉
高压压水作用下裂隙岩体渗透特性分析
一
ห้องสมุดไป่ตู้
作用 下 的渗透 特性 研究 和 渗控 措施 设 计 的要 求 。从 ２ ０世纪 ８ ０年代 后期 开始 ． 一些 水利 水 电工程 开 展 了 对 钻孔 高压 压 水试 验 的研究 Ｔ 作 ，根 据 目前 掌 握 的 情 况 ，国内 已有 十几个 水 利工 程 开展 了钻 孑 高压 压 Ｌ 水 试验 工 作 ，但 成 果大 多 限 于对现 场 试 验成果 的分 析 总结 。本 文尝 试 采用 现 场试 验 与数 值模 拟 相结 合
裂 隙岩 体 的透水 性 与 裂 隙宽度 、裂 隙 的数 量 及 其 空 间分布 密切 相关 。在研 究 裂 隙岩 体地 下水 运 动 问题时 ， 以忽略 岩块 （ 可 结构体 ） 的渗透性 。裂隙介 质 可以按 连续 介质 和不 连续 介 质 来处 理 ，连 续介 质 与
不 连续 介质 的 区分 ， 和研 究 问题 的 尺度 大小 有 关 系 。
水 压 力 １ ＭＰ １试验 已不 能满 足评 价 岩 体在 高 水头 ． ａ ０
前 苏联学 者 ｆ Ｍｆｅ １ ５ 年 就开 始 了单个 裂 ［ ｔ 在 ９１ Ｏ ３ 隙水 流运 动 的试 验 研究 。 据 大量 的试 验 成果 ， 到 根 得 了单个 裂 隙水 流流 量 的立方 定律 ：
体 视 为离 散 网络 裂 隙介 质模 型 。在查 清每 条 裂隙 的
几何 及力 学要 素基 础 上 ，可 根 据单 个裂 隙 内水 流 的
基本 方程 ， 按岩 体是 不连续 介 质来分 析其 渗透 问题 。
第 ４期
李 体 建 翦 波 高压 压 水 作 用 下 裂 隙 岩 体 渗 透 特性 分 析
①近似不透水岩体 ； ②带状透水岩体 ； ③正交各向异 性透水 岩体 ； 一 般性 的各 向异性 透 水岩体 。 中 的 ④ 其 ①、 ②类岩体相对 比较简单 ， 对于第③ 、 ④类岩体模
裂隙岩体渗透性分析研究_张电吉
基金项目 : 国家自然科学基金资助项目( 10072072) 。 作者简介 : 张电吉 , 男 , 1963 年生 , 副 教授 , 博士 生 , 主要 从事岩 土 工程方面的教学与科研工作 。 收稿日期 : 2002 08 -17
2003 年第 1 期 勘 察 科 学 技 术 25 5) 分形几何理论 。 由 Mandelbort 创立的分形 几何可定量描述自然界中粗糙的 、不规则的几何 边界 。 研究认为 , 断裂面的形成经历了微观到宏 观的一个断裂过程 , 在微观水平上岩石断裂可能 是岩石的沿晶和穿晶断裂造成的 , 它形成了晶粒 尺度上的粗糙性 , 而宏观尺度上的粗糙性可能存 在于相当大的尺度范围 , 因此岩石的断裂面是一 种自然分形 , 岩石断裂面的几何形状可由分形维 数进行定量描述 。 式中 , <b > 为裂隙等效开度 。 裂隙宽度可用实际测量方法确定 , 这里分受 力前后提出两种方法 。 对于没有加载的含贯穿裂 隙的岩石试件 , 可用千分表测量 , 见 图 2 , 设下壁 面各测点的凸起高度为 h d i =1 , 2 , … m ) , 将上 i( 壁面叠到下壁面后 , 上壁面上与下壁面相对应测 点的凸起高度为 h i ( i =1 , 2 , … m) 则可以得到
3 <b > =
图 3 裂隙与岩石的组合模型
∫ b) db ∫ f(
max
b
在单轴应力 σ作用下 , 上下岩块的应变值 ε ( 3) 为 ε= σ E ( 9)
0
b f( b) db
3
bmax
0
千分表测得的整个试件的垂直变形量为 h , 则裂
26 勘 察 科 学 技 术 2003 年第 1 期 隙张开度变化量 Δ b为 Δ b = h -2 ε S = h -2 S σ ( 10) E 式( 10) 中的应变值可 用贴于试件上 的应变片测 得 , 如果已知试件 的弹性模量 E , 则 可不用测应 变 , 而直接用( 10) 式求出 Δ b。 量 Δ b 与作用在裂隙面上的法向应力 σ n 具有如下 指数关系 :
裂隙岩体渗流研究方法综述
裂隙岩体渗流研究方法综述作者：陈红来源：《现代盐化工》2020年第04期摘要：阐述了裂隙岩体渗流的研究意义，分析了国内外研究现状，概括了研究裂隙岩体渗流的3种方法，并就3种方法作出了综述，最后对裂隙岩体渗流的一些可待深入研究的方向进行了展望。
关键词：裂隙岩体；渗流；研究方法1 研究意义20世纪末以来，随着重大基础设施项目的大力建设，如隧道、水利水电项目、国家战略保护项目以及新能源的开发利用，地质岩体工程快速发展。
岩体工程失事的文献统计资料记载显示：30%～40%的水电工程大坝破坏与地下水渗漏有关，而60%的矿山事故是由地下水异常作用引起的，超过90%的岩质边坡破坏与地下水渗流压力异常有关。
其中，裂隙岩体渗流的发生经常伴随着十分庞大的财产损失以及人员伤亡。
因此，研究裂隙岩体的渗流特性具有非常重要的工程意义，同时，渗流特性的研究对于各种岩体工程的建设、环境保护和水资源的开发利用等也非常重要[1]。
2 国内外研究现状在过去的100年中，针对裂隙岩体渗流，国内外学者进行了大量的研究工作，获得了一些经验公式，并开发了一些实验仪器。
同时，专家们开展了许多关于裂隙岩体的渗流理论分析和数值计算。
1856年，法国工程师拉开了国外对于裂隙岩体渗流研究的序幕，他总结了基于砂土实验的达西定律。
达西定律清楚地表明，渗流速度v与水力斜率J之间成正比，此公式后经推广，被应用于其他土壤（如黏土和膨胀后的细裂缝岩体）[2]。
1951年其学者进行的裂隙岩体中流体流动实验，标志着含裂隙岩体渗流研究的开始，至今已有六十余年。
还有学者将毛细管模型用于分析裂隙岩体孔隙压力梯度的实验数据，得到了模型结构参数、雷诺数、摩擦因子的关系式。
张天军等发明了一种全新的破碎岩体三维应力渗透实验装置。
另外，张天军和尚洪波结合该装置研究了不同粒径比、不同单轴应力条件下破碎砂岩孔隙度与渗透率特征参数之间的关系。
通过分析碎石渗流系统的动力学方程，任金虎[3]认为碎石中的渗流具有分岔、突变和混沌等非线性动力学特征，并进行了动力学和随机方法的研究。
裂隙岩体的渗流特性试验及理论研究方法
裂隙岩体的渗流特性试验及理论研究方法摘要：简要叙述岩体裂隙的几何特性，岩石裂隙渗流特性研究的方法。
综述了国内外裂隙岩体单裂隙、水力耦合、非饱和情况下的渗流特性物模试验研究成果，并做了相应的分析和讨论。
分析表明：物模试验在研究裂隙岩体渗流特性方面具有不可替代的作用；需要进行更多的模拟实际岩体裂隙的试验；真正意义上的非饱和渗流试验还很少；分析结果为今后的裂隙岩体渗流特性物模试验研究提供了有益的方向。
关键词：裂隙岩体；渗流 ；单一裂隙；水力耦合；非饱和一 前言新中国成立以后，交通、能源、水利水电与采矿工程各个领域遇到了许多与工程地质及岩土力学密切相关的技术难题，在许多岩土工程、矿山工程及地球物理勘探过程中，岩体的渗透率起到十分重要的作用，但在理论上尚未引起足够的重视，通常将岩体渗流处理为砂土一样的多孔介质，用连续介质力学方法求解。
与孔隙渗流的多孔介质相比，裂隙岩体渗流的特点有：渗透系数的非均匀性十分突出；渗透系数各向异性非常明显；应力环境对岩体渗流场的影响显著；岩体渗透系数的影响因素复杂，影响因子难以确定。
岩石裂隙渗流特性研究的方法通常有直接试验法、公式推导法和概念模型法，而试验研究是其中一个最重要最直接的途径。
本文介绍了当前裂隙岩体渗流试验研究。
二 岩体裂隙的几何特性岩体的节理裂隙及空隙是地下水赋存场所和运移通道。
岩体节理裂隙的分布形状、连通性以及空隙的类型，影响岩体的力学性质和岩体的渗透特性。
岩体中节理的空间分布取决于产状、形态、规模、密度、张开度和连通性等几何参数。
天然节理裂隙的表面起伏形态非常复杂，但是从地质力学成因分析，岩体总是受到张拉、压扭、剪切等应力作用形成裂隙，这种作用不论经历多少次的改造，其结构特征仍以一定的形貌保留下来，具有一定的规律性。
裂隙面形态特征的研究越来越受到重视，在确定裂隙面的导水性质及力学性质方面，其作用越来越大。
裂隙面的产状是描述裂隙面在三维空间中方向性的几何要素，它是地质构造运动的果，因而具有一定的规律性，即成组定向，有序分布。
浅谈裂隙岩体渗流与应力耦合的问题
浅谈裂隙岩体渗流与应力耦合的问题许小东卢威张恒达摘要：针对工程岩体在渗流与应力相互作用下动态平衡体系中的变形及稳定，提出了裂隙岩体渗流与应力耦合的研究课题问题，结合岩体渗流的特性，分析了裂隙岩体应力与应变对渗透系数的影响情况，然后对裂隙岩体渗流插和应力场藕合作用及反演分析的思想和方法进行了论述，最后对目前裂隙岩体渗流场与应力场耦合的研究进展和存在的问题进行了介绍。
关键字：裂隙岩体, 渗流，耦合，反演分析Abstract: Engineering rock mass interaction in the seepage and stress the dynamic balance system，the deformation and stability of the fractured rock mass proposed coupling of seepage and stress research issues, combined with the characteristics of rock seepage analysis of the fractured rock mass stress and strain on the permeability coefficient of the situation, and then fractured rock coupled seepage and stress field of the role of insertion and inversion analysis of ideas and methods are discussed and finally the current fractured rock mass seepage field and stress field of research progress and there is The problem is introduced。
裂隙岩体渗透性分析研究
裂隙岩体渗透性分析研究发布时间：2022-06-28T01:28:56.124Z 来源：《建筑实践》2022年（2月下）第4期作者：葛佳佳[导读] 裂隙岩体渗透性研究对于地下工程施工具有借鉴意义，不仅能保证施工的安全性，也减少使用后事故的出现。
葛佳佳身份证：******************摘要：裂隙岩体渗透性研究对于地下工程施工具有借鉴意义，不仅能保证施工的安全性，也减少使用后事故的出现。
本文在对裂隙岩体与渗流的相互影响进行分析的基础上，论述了裂隙岩体渗透性研究的几种常见模型，指出了各种模型的优点和不足之处，为地下工程施工提供借鉴。
关键词：裂隙岩体；渗透性；模型研究看似稳定的天然岩石，其中含有大量的裂痕和孔隙，在雨水等流体的长期侵蚀下，岩体受到应力场和渗流场的相互作用会出现不稳定状态，使得地下工程在施工中需要考虑岩体的渗透性。
裂隙岩体渗透性的灾害较严重，在20世纪初期人们对于裂隙渗透性的研究还不够深入，仅仅是套用孔隙介质渗流理论，结果造成1959年法国的马尔帕塞特拱坝出现溃坝，造成了大量人员伤亡。
岩石裂隙的表现的特征非常明显，节理成起伏形态且具有一定的张开度，主要原因为岩体受到四周的压扭、张拉和剪切，这些作用长期作用的岩体上，使得慢慢的出现裂隙并逐渐增大。
1.裂隙岩体与渗流的相互影响1.1岩石应力场对渗流产生影响岩体应力场是不稳定的，在受到不均匀作用力后，当岩体内部的应力状态就会发生变化，进而对渗流产生影响，这种影响是不显著的，但是会慢慢的进行渗透。
因此，应力发生的变化逐渐使岩体中的节理裂痕开度增大，水的渗流也会随之增强。
专家通过室内水力实验研究了当岩体出现单裂隙时的渗流问题，得出了单裂隙岩体地下水运动定律，如公式（1）.该定律对于研究早期的裂隙岩体渗透带来了帮助。
（1）式（1）中，为单裂隙渗流流量；为重力加速度；为裂隙隙宽；为地下水的运动粘滞系数；为岩石裂隙水力梯度。
该定律显示岩体裂隙是平行光滑的，但是与实际情况是有很大区别的，大部分岩体的裂壁都是粗糙的，因此裂隙不可能是光滑平行的，此外岩体裂隙宽属于随机分布的变量，并不是定量。
裂隙岩体渗流特性及溶质运移研究综述
裂隙岩体渗流特性及溶质运移研究综述裂隙岩体是一种具有裂隙结构的岩石，裂隙通常是岩体中一些断裂、节理、收缩或膨胀形成的。
裂隙岩体的渗流特性及溶质运移是地下水资源、地下水污染防治等问题中的重要研究内容。
本文将首先介绍裂隙岩体渗流特性的研究进展，接着对溶质运移的研究进行综述。
裂隙岩体的渗流特性是指岩体中水或其他流体在裂隙中运移的性质与规律。
过去的研究发现，裂隙岩体的渗透系数与渗透性、裂隙长度和裂隙宽度等因素有关。
一般而言，裂隙岩体的渗透系数较高，水的渗流速度也较快。
裂隙岩体中的渗流通道通常呈现为非均匀性分布，即通道的宽窄和连通性等参数差异较大。
裂隙岩体的渗流过程还受到张力水、压力水和升华水等多种水文过程的影响。
裂隙岩体的渗流特性研究对于地下水资源的开发、管理和污染防治具有重要意义。
溶质运移是指地下水中溶解物质（溶质）在裂隙岩体中迁移的过程。
裂隙岩体中的溶质运移可以通过多种方式进行，如对流、扩散和吸附等。
裂隙岩体中的溶质运移与裂隙的物理化学性质、水流的速度和溶质的性质等因素密切相关。
研究表明，裂隙岩体中的溶质运移通常呈现非均质性和非线性性。
这些非线性特征使得溶质在岩体中的迁移过程具有一定的难以预测性。
溶质运移的研究可以帮助理解地下水中污染物的迁移规律，以及通过合理的预测和控制手段来保护地下水的质量。
近年来，随着各种地球物理、地质和化学技术的发展，裂隙岩体渗流特性及溶质运移的研究得到了较大的进展。
高分辨率扫描电子显微镜技术可以更加精确地观察和测量裂隙岩体中的裂隙形态和渗透性。
数值模拟方法可以模拟裂隙岩体中的渗流和溶质运移过程，为进一步研究提供了理论基础。
实地观测和实验室试验可以验证和验证模型的有效性。
裂隙岩体渗流特性及溶质运移是地下水资源和地下水污染防治等领域的重要研究内容。
未来的研究可以从深入理解裂隙岩体的渗流机制和溶质迁移规律出发，提出相应的模型和方法。
与其他学科的交叉研究也可以为裂隙岩体渗流特性及溶质运移的研究提供新的思路和方法。
裂隙岩体渗流特性及溶质运移研究综述
裂隙岩体渗流特性及溶质运移研究综述
裂隙岩体是地下水和溶质运移的重要通道，对地下水资源的保护和管理具有重要意义。
随着裂隙岩体渗流特性及溶质运移研究的不断深入，人们对裂隙岩体地下水和溶质运移的
认识逐渐提高。
本文将对裂隙岩体渗流特性及溶质运移研究的现状和发展进行综述，以期
为相关领域的研究和应用提供一定的参考和借鉴。
一、裂隙岩体渗流特性研究
裂隙岩体渗流特性是研究裂隙岩体地下水和溶质运移的基础。
裂隙岩体的渗流特性受
裂隙结构、渗透性、压力、温度等因素的影响。
研究发现，裂隙岩体的渗透性与裂隙结构
密切相关，裂隙间距越大、连通性越好，渗透性就越强。
裂隙岩体的渗透性还受压力和温
度的影响，压力越大、温度越高，渗透性就越强。
裂隙岩体的渗流特性研究有助于揭示裂
隙岩体地下水和溶质运移的规律，为地下水资源的保护和利用提供科学依据。
二、裂隙岩体地下水运移研究
裂隙岩体是地下水的重要储集层之一，地下水在裂隙岩体中的运移规律对地下水资源
的保护和管理具有重要意义。
目前，裂隙岩体地下水运移的研究主要集中在地下水补给来源、运移速度和规律等方面。
研究发现，裂隙岩体地下水的补给来源主要包括降雨、地表
水和地下水的补给，裂隙岩体地下水的运移速度与裂隙结构、渗透性等因素密切相关，裂
隙结构复杂、渗透性好的裂隙岩体地下水运移速度较快。
裂隙岩体地下水的运移规律还受
地下水位、孔隙水压力、地下水流方向等因素的影响。
裂隙岩体地下水运移研究有助于揭
示裂隙岩体地下水资源的补给、运移和演化规律，为地下水资源的可持续利用提供科学依据。
裂隙岩体渗流特性及溶质运移研究综述
裂隙岩体渗流特性及溶质运移研究综述1. 引言1.1 研究背景裂隙岩体渗流特性及溶质运移研究一直是水文地质领域的重要研究课题。
裂隙岩体是地球表层普遍分布的一种岩石类型，其裂隙系统对地下水运移具有显著的影响。
裂隙岩体中存在各种不同规模的裂隙，这些裂隙对水流的渗透性和溶质的迁移起着重要作用。
裂隙岩体渗流特性与溶质运移规律的研究，有助于更好地理解地下水系统的运行机制，指导地下水资源的开发与利用，保护地下水环境的安全。
裂隙岩体中的渗流与溶质运移过程也与地下水对地表水体的补给及地下水与地表水之间的相互作用有密切关系。
对裂隙岩体渗流特性及溶质运移规律的深入研究，对于维护水文地质系统的平衡、促进地下水资源的合理开发利用以及保护地下水环境具有重要的理论和现实意义。
【研究背景】的阐述将对裂隙岩体渗流特性及溶质运移研究提供理论基础和研究动力。
1.2 研究意义裂隙岩体渗流特性及溶质运移研究在地质学和水文地质领域具有重要的研究意义。
裂隙岩体是地下水资源重要的储集和传递介质，研究其渗流特性可以为地下水资源的合理开发和利用提供科学依据。
裂隙岩体中溶质的运移过程是地下水与岩石相互作用的重要环节，影响岩体中物质的迁移和转化，对水质的保护和治理具有重要意义。
裂隙岩体水文地质特征分析可以帮助我们深入了解这种复杂介质的结构与性质，为地下水运动规律和演化过程提供理论依据。
深入研究裂隙岩体渗流特性及溶质运移规律，有助于揭示地下水系统的动态变化规律，为水资源管理和地下水环境保护提供科学支撑。
2. 正文2.1 裂隙岩体渗流特性研究裂隙岩体渗流特性研究是岩体水文地质研究中的重要内容之一。
裂隙岩体的渗透性及孔隙结构特征对地下水的运移和储存有着重要影响。
裂隙岩体渗流特性研究是为了更好地理解地下水在岩石中的运移规律，为水资源的合理利用和地下水环境保护提供科学依据。
裂隙岩体渗流特性的研究方法主要包括野外水文地质调查、室内岩心渗透实验和数值模拟计算。
通过对不同类型裂隙岩体的渗透性参数进行测试和分析，可以揭示裂隙结构对水流动的影响规律。
裂隙岩体渗透系数张量的反演分析岩石力学与工程学报
M in
t= 1 i= 1
(5)
k j ≤ k j ≤ k j , j = 1, 2, …, N (6)
全部或部分位于自由面以上的渗流虚域 8 2 , 式 (4) 为此法的迭代基本格式。
[ K ]{H }i = {Q } - {Q 2}i- 1 + {∃Q }i- 1
(4)
式中: i 为迭代序号, {Q 2} 为由已知水头边界条件所得的虚域中的结点等效流量; {∃Q } 为
结点虚流量。因{Q 2} 和{∃Q } 与结点水头列阵{H } 有关, 式 (4) 需迭代求解。
V i = - k ij I j
(1)
式中: V i 为流速分量; I j 为水力梯度分量; k ij 为渗透系数张量, 其中只有 6 个元素是独立
的。在直角坐标系 X Y Z 中, 式 (2) 为张量 k ij 的矩阵形式。本文的目的就是要由实测资料反
演出岩体各区的渗透系数张量等有关参数。
kxx kxy kxz
2 基本原理
2. 1 渗透系数张量
实践表明, 岩体的透水性具有极强的不均匀性和各向异性, 当裂隙结构面的平均间距 较工程结构的特征尺寸 (如挡水坝的底宽、隧洞的直径、边坡的高度等) 相对很小时, 可把 裂隙的透水性平均到整个岩体中去, 岩体就可视为非均质各向异性的等效连续体, 其渗透 性则由渗透系数张量来描述, 相应的D a rcy 定律为式 (1) 所示, 流速的分量不再仅与同坐标 方向的水力梯度分量有关, 且还与其它坐标方向的分量相关, 流速与水力梯度的方向一般 不一致。
摘要 视岩体为非均质各向异性渗透体, 以渗流场中测点水头及流量的计算值与实测值的最 佳拟合为准则, 把反演岩体渗透系数张量等参数的反问题归结成一个数学优化问。为了确 保反演计算的顺利进行, 对极小化目标函数设置惩罚性附加项, 在计算机上自动求得岩体工 程中三维复杂渗流场反问题的解。最后介绍一个复杂工程实例的求解。 关键词 裂隙岩体, 渗透系数张量, 渗流反问题, 优化, 结点虚流量法
《2024年裂隙岩体渗流—损伤—断裂耦合理论及应用研究》范文
《裂隙岩体渗流—损伤—断裂耦合理论及应用研究》篇一一、引言裂隙岩体在工程实践中具有重要的应用价值，特别是在水利、交通、地下工程等领域。
岩体的稳定性及强度与裂隙的发育、岩体的渗流、损伤及断裂等过程密切相关。
因此，对裂隙岩体渗流—损伤—断裂耦合理论的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
本文旨在探讨这一理论的研究现状、方法及其在工程实践中的应用。
二、裂隙岩体渗流理论裂隙岩体的渗流过程是岩体内部水分在压力作用下流动的过程。
这一过程受到岩体内部裂隙的发育程度、岩体性质、边界条件等多种因素的影响。
目前，针对裂隙岩体渗流的理论主要包括达西定律、立方定律等，这些理论为研究岩体渗流过程提供了重要的理论基础。
三、损伤理论在裂隙岩体中的应用损伤理论是研究材料在受力过程中内部结构变化的理论。
在裂隙岩体中，损伤主要表现为岩体内部结构的破坏和劣化。
通过引入损伤变量，可以定量描述岩体的损伤程度。
在裂隙岩体中应用损伤理论，可以更好地理解岩体的力学行为，为工程实践提供理论支持。
四、断裂理论与裂隙岩体的关系断裂是岩体破坏的主要形式之一，与裂隙的发育密切相关。
断裂过程涉及到能量的传递和耗散，是研究岩体稳定性的重要内容。
通过对断裂过程的研究，可以揭示岩体内部结构的变化和演化规律，进而为预测和评估岩体的稳定性提供依据。
五、裂隙岩体渗流—损伤—断裂耦合理论裂隙岩体渗流—损伤—断裂耦合理论是研究上述三个过程相互影响、相互作用的综合理论。
这一理论将渗流、损伤和断裂三个过程进行有机结合，通过数学模型和数值模拟等方法，揭示了裂隙岩体的力学行为和稳定性。
该理论为工程实践提供了重要的指导意义，有助于更好地理解和预测岩体的行为。
六、应用研究1. 水利工程：在水利工程中，裂隙岩体的稳定性直接关系到工程的安全。
通过应用裂隙岩体渗流—损伤—断裂耦合理论，可以更好地预测和评估岩体的稳定性，为工程设计提供依据。
2. 地下工程：在地下工程中，如隧道、矿井等，岩体的稳定性对工程的安全至关重要。
大型水利水电工程裂隙岩体渗透性时空 分布及防渗排水优化设计研究
大型水利水电工程裂隙岩体渗透性时空分布及防渗排水优化设计研究随着社会经济的发展和人口的增长，水资源的必要性逐渐增强，这也导致越来越多的大型水利水电工程在全国各地建设。
水利水电工程大多是建在岩石基础之上，在这种情况下，裂隙岩体渗透性是工程效果和安全的关键因素之一。
因此，本文旨在探讨大型水利水电工程裂隙岩体渗透性时空分布及防渗排水优化设计的研究。
一、裂隙岩体渗透性时空分布在大型水利水电工程建设中，裂隙岩体的渗透性是一个非常重要的考虑因素。
渗透性时空分布的不确定性很大，对于水利工程的开发和设计会有很大的不利影响。
很多原因都会导致裂隙岩体渗透性的差异性，如地质人工因素等等。
因此，为了研究裂隙岩体的渗透性时空分布问题，需要对各种因素进行分析和研究。
首先，基于钻孔和采样分析的实验，观察岩芯和岩体裂隙的特性，并得到研究裂隙岩体渗透性时空分布的相关数据。
其次，可以利用地下水位观测数据，对裂隙岩体渗透性时空分布进行研究。
最后，通过对不同的岩体变形、应力变化及地质特征进行测试和观测，得出裂隙岩体渗透性时空分布的规律性。
二、防渗排水优化设计研究随着大型水利水电工程的建设，防渗排水问题变得越来越重要。
在设计水利工程的防渗排水工作时，应该从以下几个方面进行考虑：一是地下水位，应采取科学合理的方式降低地下水位；二是釆取应对措施，对裂隙岩体进行防渗加固和排水措施；三是采用新型防渗排水材料，提高水利工程的渗透性等级，从而提高系统的可靠性。
防渗排水系统的设计必须考虑到裂隙岩体的物理和力学特性，例如压力、渗透、渗透安全系数等等。
在防渗措施中，采用隔水层和防渗墙等物理屏障可以有效防止水透过裂隙岩体。
此外，还可以采用地下水位降低、注浆加固等技术手段，使裂隙岩体的物理和力学特性得到有效控制。
在排水措施中，可以采用开挖渠道以促进地下水流，从而避免水在裂隙岩体中积聚和扩散。
同时，采用多孔介质传递水流的方法，可以将地下水有效地捕获并排出。
通过这些措施的组合，并对其进行优化设计，可以使大型水利水电工程的防渗排水系统更加完善、高效、稳定。
剪应力作用下岩体裂隙渗流特性研究
剪应力作用下岩体裂隙渗流特性研究摘要: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性关系。
关键词：渗流力学，岩体裂隙，渗流，剪应力1. 前言裂隙岩体的水力学特性对岩土工程活动产生重要影响，如石油、地热开采、化学物品、核废料的埋藏、矿井设计等，都不可避免地涉及到裂隙水运动的问题。
如何有效地防止和利用裂隙水，弄清岩体中裂隙的渗流特性是必要的。
岩体裂隙的渗流特性受应力、变形以及裂隙面几何参数的影响，正确把握裂隙岩体的固-液耦合特性，对于地下水运动的预测预报、洞室开挖的稳定性评价、预防人为诱发地震等均有很大的帮助。
近年来，关于裂隙岩体渗流特性的研究已取得了很大的进展。
目前，基于平行板模型导出的立方定律已广为岩土工程界所接受，许多学者进一步对立方定律的有效性做了大量研究，提出在考虑粗糙度的基础上，可用一系数对立方定律进行修正[1～3]。
有关法向应力作用下，裂隙的渗流特性也进行了相当多的实验工作[4～6]。
但是，对裂隙岩体渗流与剪应力耦合作用所做的研究很少。
一方面，剪应力作用下裂隙面几何特征的变化比法向应力作用下更为复杂；另一方面，实验难度大。
目前，有关的工作集中在2个方面：裂隙面受剪的力学机理研究和渗流-剪应力耦合机理研究。
前者结合裂隙面形态，考虑不同法向应力作用下，研究裂隙面剪应力与剪切变形的关系，以及剪胀效应对裂隙力学隙宽的影响。
后者研究剪切荷载作用下，裂隙面受力与变形对渗流的影响，进而找出剪应力与渗流的耦合机理。
岩体裂隙剪切机理是渗流与剪应力耦合研究的基础，文[7]通过对一组相同裂隙面在不同方向的剪切特性研究指出，裂隙的剪切力学性质与裂隙面的几何特征密切相关，不同剪切方向所得到的剪切特性是相似的，但主要参数如峰值剪切强度、残余强度、剪胀率及峰值强度位移等因剪切方向不同而不同。
岩石裂隙渗流特性试验研究的新进展
在实验模型方面，研究人员根据实验数据建立了相应的数学模型，如多场耦 合模型、应力-渗流耦合模型等，这些模型可以更准确地反映岩石裂隙渗流的实 际情况。通过模型修正和完善，可以为实际工程提供更为准确、可靠的数值模拟 支持。
结论
岩石裂隙渗流特性试验研究取得了许多新进展，研究人员采用先进的实验设 备和技术，更准确地模拟岩石裂隙的生成和演化过程，提高实验数据的准确性和 可靠性。通过深入研究实验条件和影响因素，研究人员发现温度、压力、溶液性 质等因素对岩石裂隙渗流特性有明显影响。同时，研究人员根据实验数据建立了 更为准确的数学模型，为实际工程提供了有效的数值模拟支持。
在实验材料方面，选择具有代表性的岩石样品，如花岗岩、砂岩、灰岩等， 根据实际工程需要进行适当处理，如切割、打磨等，以便更好地模拟实际地质条 件。在实验过程方面，一般包括以下几个步骤：
1、预备阶段：对岩石样品进行必要的处理和清洗，确保样品表面平整、干 净；
2、加压阶段：将岩石样品置于一定压力下，模拟地下的真实应力环境；
在实验过程方面，研究人员对实验条件和影响因素进行了深入研究，发现温 度、压力、溶液性质等因素对岩石裂隙渗流特性有明显影响。在实验结果方面， 研究人员通过大量实验数据和统计结果的分析，建立了岩石裂隙渗流模型，并对 其进行了验证和修正。
实验方法
岩石裂隙渗流特性试验研究的实验方法包括实验设备和实验材料的选择、实 验过程的设计和实施等方面。在实验设备方面，多功能岩石力学试验机、电镜扫 描仪、X射线CT扫描仪等设备的出现和应用，为岩石裂隙渗流特性试验研究提供 了强有力的支持。
然而，当前岩石裂隙渗流特性试验研究仍存在一些不足之处，如实验条件的 局限性、模型复杂性问题等。未来研究应该拓展实验范围和条件，进一步考虑多 因素耦合条件下岩石裂隙渗流特性的变化规律。需要加强数学模型的研究和应用， 发展更为准确、高效的数值模拟方法，以便更好地为实际工程提供技术支持和指 导。
《2024年裂隙岩体渗流—损伤—断裂耦合理论及应用研究》范文
《裂隙岩体渗流—损伤—断裂耦合理论及应用研究》篇一裂隙岩体渗流-损伤-断裂耦合理论及应用研究摘要：本文旨在探讨裂隙岩体中渗流、损伤和断裂之间的耦合关系，并对其理论及应用进行深入研究。
文章首先介绍了裂隙岩体的基本特性及研究背景，然后详细阐述了渗流-损伤-断裂的耦合机制，接着分析了国内外研究现状，并给出了实际工程中的应用案例，最后总结了该研究的意义及未来研究方向。
一、引言随着能源开发、地下工程及地质灾害防治等领域的快速发展，裂隙岩体的稳定性问题愈发突出。
岩体中的渗流、损伤及断裂现象，对工程安全和环境保护具有重要意义。
裂隙岩体中渗流、损伤与断裂之间的相互作用机制十分复杂，三者的耦合关系直接关系到岩体的整体稳定性。
因此，对裂隙岩体渗流-损伤-断裂耦合理论及应用进行研究具有重要的理论价值和实际意义。
二、裂隙岩体基本特性与研究背景裂隙岩体是具有多尺度、多相性和非均匀性的地质介质。
岩体中的裂隙不仅影响岩体的渗流特性，还对岩体的强度和稳定性产生重要影响。
因此，理解裂隙岩体的基本特性及其对外部因素（如渗流、荷载等）的响应机制，是研究渗流-损伤-断裂耦合关系的基础。
三、渗流-损伤-断裂的耦合机制1. 渗流对岩体损伤与断裂的影响：岩体中的渗流会导致岩体内部应力分布的改变，进而引发或加速岩体的损伤与断裂。
2. 损伤对渗流特性的影响：岩体发生损伤后，其内部结构发生变化，导致渗流路径和渗流速度发生改变。
3. 断裂与渗流的相互影响：岩体中的断裂面往往成为渗流的通道，而渗流也会对断裂面的扩展和稳定性产生影响。
四、国内外研究现状及分析近年来，国内外学者在裂隙岩体渗流-损伤-断裂耦合关系方面取得了显著的进展。
在理论方面，建立了基于连续介质和离散介质的多尺度模型，为研究提供了理论支持。
在应用方面，已将该理论成功应用于地下工程、能源开发及地质灾害防治等领域。
然而，仍存在一些挑战和问题需要进一步研究，如模型参数的确定、复杂环境下的实验验证等。
《2024年裂隙岩体渗流—损伤—断裂耦合理论及应用研究》范文
《裂隙岩体渗流—损伤—断裂耦合理论及应用研究》篇一一、引言岩体是自然界中最基本、最重要的物质组成部分，特别是在地球物理学、土木工程学、环境科学等多个领域中，裂隙岩体的研究具有重要意义。
在地下工程建设、资源开发及环境治理等方面，裂隙岩体的渗流、损伤和断裂问题常常成为关键性研究内容。
因此，本篇论文将探讨裂隙岩体中的渗流—损伤—断裂耦合理论及其应用研究。
二、裂隙岩体渗流理论1. 渗流基本概念裂隙岩体的渗流是指流体在岩体裂隙中的流动过程。
由于岩体裂隙的复杂性和不规则性，渗流过程涉及到多种物理和化学作用。
2. 渗流模型及研究方法当前，对于裂隙岩体渗流的研究主要基于多孔介质理论及达西定律等理论模型，结合数值模拟和实验方法进行研究。
三、损伤力学在裂隙岩体中的应用1. 损伤力学基本概念损伤力学是研究材料在损伤过程中的力学行为及破坏机制的学科。
在裂隙岩体中，损伤表现为岩体结构或性质的劣化。
2. 损伤模型的建立及发展针对裂隙岩体的损伤问题，研究者们建立了多种损伤模型，如连续介质损伤模型、离散元损伤模型等，用以描述岩体的损伤过程和破坏机制。
四、裂隙岩体断裂理论1. 断裂力学基本原理断裂力学是研究材料断裂机理及断裂过程的一门学科。
在裂隙岩体中，断裂主要表现为裂隙的扩展和贯通。
2. 断裂判据及分析方法根据断裂力学的理论，结合裂隙岩体的特点，研究者们提出了多种断裂判据和分析方法，如应力强度因子法、能量法等。
五、渗流—损伤—断裂耦合理论1. 耦合机制分析在裂隙岩体中，渗流、损伤和断裂是相互影响、相互作用的。
渗流会导致岩体的损伤和断裂，而损伤和断裂又会影响渗流的路径和速度。
2. 耦合模型建立及求解方法基于上述分析，研究者们建立了渗流—损伤—断裂的耦合模型，并发展了相应的求解方法，如有限元法、边界元法等。
六、应用研究实例分析以某地下工程为例，通过实际观测和模拟分析，探讨该工程中裂隙岩体的渗流、损伤和断裂过程及相互作用关系。
分析结果为工程设计和施工提供了重要依据。
岩体中节理裂隙面开度的测量方法
岩体中节理裂隙面开度的测量方法
张电吉;白世伟
【期刊名称】《中国测试》
【年(卷),期】2003(029)003
【摘要】本文给出了单裂隙岩体的裂隙面平均开度和等效开度的实用测量方法,并推导出了相应的计算公式.
【总页数】2页(P33-34)
【作者】张电吉;白世伟
【作者单位】武汉化工学院土木工程系,武汉,430073;中国科学院武汉岩土力学研究所,武汉,430071;中国科学院武汉岩土力学研究所,武汉,430071
【正文语种】中文
【中图分类】TH7
【相关文献】
1.岩体的节理裂隙对爆破块度分布的影响分析 [J], 刘迪;徐全军;温尊礼;姜楠;杨涛
2.岩体中的节理裂隙对爆破效果影响机理研究 [J], 张电吉
3.全长灌浆锚杆在节理裂隙岩体中的作用及影响因素 [J], Spang,K;刘昌卫
4.岩体中的节理裂隙对爆破影响的试验研究 [J], 李建军;段祝平
5.地质雷达在节理裂隙岩体预报中的应用 [J], 乔兰;潘晓震;崔明
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裂隙岩体渗流模型研究现状
裂隙岩体渗流模型研究现状摘要：裂隙岩体渗流对于边坡、地下工程及基础岩土体的承载能力有显著的制约作用。
本文简要地介绍了裂隙岩体渗流的几个特点与多种裂隙岩体渗流模型研究现状，评述了几类比较有代表性的渗流模型特点以及存在的不足，为选取合理的数学模型用于求解具体的裂隙岩体渗流问题提供了参考依据。
中图分类号：p5 文献标识码：a 文章编号：1007-0745（2013）06-0204-011、引言渗流是流体通过多孔介质或裂隙介质的流动，是一种与人类的一些工程活动密切相关的现象。
其相关理论在水电、建筑、边坡、以及基础等工程方面都有着重要的发展及应用。
虽然近几世纪，基于达西定律而建立的经典渗流理论发展十分迅速，并成为流体力学的一个重要分支。
但因经典的渗流理论是建立于连续介质假设，而众多的工程实例和科学研究表明，岩体渗流于本质上与土体渗流有明显的区别。
国外对裂隙岩体渗流最早开展研究的国家是前苏联，1951年，苏联学者лмизе著作了《裂隙岩石中的渗流》一书，是本方面最早的专著。
此后，1966年，ромм发表了《裂隙岩石渗透特性》一书，夯实了裂隙岩体渗流研究理论的基础。
法国的c.louis教授在开展裂隙岩体渗流的研究后，于20世纪60、70年代首先提出岩体水力学这一崭新的学科概念。
70年代后，国内也涌现出了很多学者对裂隙岩体的渗流理论的卓有成效的研究成果，比较突出的系统性著作有许彦卿的《岩体水力学导论》和张有天的《岩石水力学与工程》等。
2、裂隙岩体渗流的特点一般的岩体拥有纵横交错的张、压、扭性结构面，其是由空隙性好且导水性能差的岩块孔隙系统与空隙性差但导水性能强的裂隙系统组成的，这是典型的孔隙—裂隙双重介质。
岩块的渗透系数较裂隙而言十分微小，三峡工程永久性船闸区的花岗岩岩块渗透系数不到裂隙渗透系数的10-6倍。
所以，岩体渗流从属裂隙渗流，比孔隙渗流的土体具有更独特的特点：（1）渗透系数的非均匀性十分突出姑且不论组成岩体的岩块与裂隙之间的渗透性相差若干数量级而造成的非均匀性，裂隙大小、长度、产状等在空间分布上的差异也会形成岩体渗透系数的非均匀性，甚至同一个地质钻孔的不同孔段处的单位吸水率可能相差若干数量级。
黄岛地下水封洞库裂隙岩体渗透性研究的开题报告
黄岛地下水封洞库裂隙岩体渗透性研究的开题报告一、研究背景及意义黄岛是山东省青岛市的一个行政区，其地下水资源丰富，是国家重点防护地下水区之一。
然而，由于地下水开采过程中造成的地下水位下降，地下岩体裂隙的扩张和地下水质的恶化等问题，黄岛地下水资源面临较大的压力。
为了有效保护黄岛地下水资源，减轻地下水资源的压力，需要研究黄岛地下水封洞库裂隙岩体渗透性等相关问题。
本研究通过对黄岛地下水封洞库裂隙岩体渗透性的测定，建立了相应的理论模型和数值模拟模型，分析了地下水位下降对地下水封洞库裂隙岩体渗透性的影响，为合理利用和管理黄岛地下水资源提供了参考。
二、研究内容1.黄岛地下水封洞库裂隙岩体的渗透性测定与分析2.地下水位下降对黄岛地下水封洞库裂隙岩体渗透性的影响分析3.建立黄岛地下水封洞库裂隙岩体渗透性的理论模型，并进行数值模拟研究4.提出合理的黄岛地下水资源利用和管理建议三、研究方法和流程1.野外实测和实验室试验相结合的方法，测定黄岛地下水封洞库裂隙岩体的渗透性。
2.对不同地下水位的黄岛地下水封洞库裂隙岩体进行渗透性测定，并结合地下水位变化的数据，分析地下水位变化对渗透性的影响。
3.通过建立黄岛地下水封洞库裂隙岩体渗透性的理论模型，并进行数值模拟研究，分析地下水位变化对地下水封洞库裂隙岩体渗透性的影响。
4.根据研究结果提出合理的黄岛地下水资源利用和管理建议。
四、预期成果和意义通过本研究，预计可以得到以下成果和意义：1.研究建立了黄岛地下水封洞库裂隙岩体渗透性的理论模型，可以提供相关实测及实验数据的理论支持和验证。
2.分析了地下水位下降对黄岛地下水封洞库裂隙岩体渗透性的影响，为监控和管理地下水资源提供了有效的数据支持。
3.对于促进黄岛地下水资源的合理利用和管理具有重要的理论和现实意义。
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图 3 裂隙与岩石的组合模型
∫ b) db ∫ f(
max
b
在单轴应力 σ作用下 , 上下岩块的应变值 ε ( 3) 为 ε= σ E ( 9)
0
b f( b) db
3
bmax
0
千分表测得的整个试件的垂直变形量为 h , 则裂
26 勘 察 科 学 技 术 2003 年第 1 期 隙张开度变化量 Δ b为 Δ b = h -2 ε S = h -2 S σ ( 10) E 式( 10) 中的应变值可 用贴于试件上 的应变片测 得 , 如果已知试件 的弹性模量 E , 则 可不用测应 变 , 而直接用( 10) 式求出 Δ b。 量 Δ b 与作用在裂隙面上的法向应力 σ n 具有如下 指数关系 :
K ) Δ b = b 0( 1 -e n σ n
( 14)
式中 , b 0 为裂隙在无应力状态下的张开度 ; Kn 为 裂隙法向刚度 。 因此 , 在法向应力 σ n 作用下 , 裂隙的实际张 开度 b 为 b = b0 - Δ b = b0 e
σ -n Kn
3 裂隙岩体的渗透系数
对于壁面光滑的细小裂隙可将裂隙简化为平 行板 间的裂 缝 , 设 水流服 从 Darcy 定 律 , 根 据单 相、 无紊乱 、粘性不 可压缩介 质的 Navier -Stokes 方程 , 并考虑裂隙面粗糙不平 , 得出单个裂隙的渗 透系数为 : βρ gb 2 ( 11) 12 μ C 式中 , β 为裂隙内连通面积与总面积之比 ; ρ Kf = 为液体密度 ; b 为裂隙宽度 ; μ 为液体动力粘滞系 数; C 为裂隙内粗糙度修正系数 , C =1 +8. 8( e/ 2 b) ; e 为裂隙不平整度 ; g 为重力加速度 。 当岩体中存在一组平行裂隙时 , 裂隙组的渗 透系数为 : βρ gb3 K 0 = 12 μ Cs ( 12)
d Hi = h u i +h i u
( 4) ( 5)
令
H 0 = max Hi
2 裂隙等效开度的确定
裂隙开度的确定是节理岩体渗透性研究中必 不可少并且是相当困难的课题 , 目前等效隙宽的 表征方法可以归纳为以下几种 : 力学隙宽 bm , 几 何平 均 隙 宽 < b >, b 意 义 下 的 平 均 隙 宽 1 /3 ( <b3 > ) 和考虑接触面积影响的隙宽等 。 对于 单裂隙的水流定律 , 通常采用建立在平行光滑板 裂隙模型基础上的著名立方定律式( 1) 来描述 , 但 实际天然裂隙壁面与平行板裂隙相差甚远 , 特别 是裂隙渗流随应力是变化的 , 因此建立等效隙宽 的确定原则尤为重要 。 对于图 1 所示的实际岩石粗糙断裂面 , 假设 断裂面的粗糙性具有分形特征 , 则无论断裂面如 何粗糙 , 总能找到裂隙面间的最小张开度 bmin , 则 裂隙面的平均张开度为 ba = bmin + Δ u +Δ d ( 2)
M
( 17) 对含单个粗糙裂隙的岩石试件 , 在恒定渗透 水压 P 作用下 , 进行了单轴法向应力与剪应力联 合作用下的裂隙渗透影响的试验研究 , 为了避免 实验过程中裂隙面特征的改变 , 保证渗流量随剪 应力变化是个连续的过程 , 粗糙裂隙在切向荷载 作用下均未被剪切 。 试验结果见图 4 。
3 /2
( 15)
设含单个裂隙的岩样受三向主应力 ( σ 1 、σ 2、 σ 3) 作用 , 其中 σ 2 垂直于裂隙面 , σ 1 与 σ 3 平行于 裂隙面 , 裂隙中水压力为 P , 设 β 为裂隙内连通 面积与总面积之比 , v 为岩石的泊松比 。 按 Hook 定律 , 由侧向应力 σ 1 、σ 3 产生的沿裂隙面法线方 向的应力为 v ( σ , 则裂隙面上等效法向应 1 +σ 3) 力σ n 为: σ σ n =σ 2 +v ( 1 +σ 3)-βP ( 16) 将式( 15) ( 16) 代入式( 11) 得到考虑三维应力与孔 隙水压力作用时 , 含单个裂隙岩体的渗透系数表 达式为 : Kf = βρ gb 0 -2[ σ 2 +v ( σ 1 +σ 3)-βP ] exp 12 μ C Kn
Analysis and Study on Permeability of Fractured Rock Mass
Zhang Dianji1 , 2 Bai Shiw ei2 Yang Chunhe2 ( 1. Department of Civil Engineering , Wuhan Institute of Chemical Technology 2. Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics , The Chinese Academy of Sciences) Abstract The properties of fissure structure in a single fractured rock mass are described in the paper . The calculating and measuring methods of equivalent fissure openness are put forward . The permeability coefficient formulas of a single fissure and a group of parallel fissures are given . The relationship between permeability and stress of the fractured rock mass under the actions of three dimensional stress , combination stress ( normal stress and shear stress)and rock deadweight stress in presented . Keywords fractured rock mass ; permeability coefficient ; stress ; equivalent fissure openness 此式即为著名的立方定律 , 式中 : b 为裂隙宽度 ; γ 为液体重度 ; μ 为水流动力粘滞系数 ; J f 为沿裂 隙面方向的水力坡降 。 Lomize , Romm , Louis 等分 别以平行玻璃板 ( 光学光滑) 模拟裂隙 , 相继对单 条裂隙水流在层流时立方定律式( 1) 的有效性进 行了验证 。 2) 沟槽流模型 。 由于岩体中的真实裂隙面是 粗糙的 , 许多裂隙面并非平直 , 部分缝隙还可能被 充填物堵塞或者为垂直于裂隙面的法向应力作用 而闭合 , 绝大部分水流将集中在张开度较大的少 数沟槽内 , Tsang( 1987) 将这一现象称为沟槽流 , 从 而提出了沟槽流模型 。 3) 正弦模型 。 研究表明 , 对于天然裂隙的粗 糙表面 , 可视为由多种波长和幅值谱系构成的凹 ( 1) 凸不平的形貌 , 此时如果直接用立方定律来求解 其渗流 参数就会出现 误差 。 因此对 于波浪形裂 隙 , 可用理想化的正弦模型来描述裂隙面的几何 形态 。 4) 锯齿模型 。 该模型可用来描述岩体中含锯 齿状结构面的裂隙性质 。
3
则由两壁面叠合构成的裂隙在各测点处的隙宽为 bi = H 0 -H i ( 6)
图 2 粗糙裂隙开度测量示意图
裂隙面的平均隙宽可按下式确定 :
m m
b =
i =1
∑ Aib i/ ∑ Ai
i =1 N
( 7)
式中 , Ai 为第 i 测点代表的单元面积 。 也可用实 测开度的平均值作为等效开度 , 即 1 bi ( 8) N i∑ =1 式中 , N 为对开度进行实测的总数 ; bi 为第 i 次测 b = 得的开度值 。 式 ( 8) 一般只用于那些裂隙壁面比 较平坦 , 开度变化不大的裂隙 。 当单轴加压时 , 单个裂隙闭合量可采用千分 表与应变片联合测量方法确定 。 对于单裂隙的试 件 , 我们可 以认为是由宽度为 S , 弹性模 量为 E 的两个完整岩石 , 与宽度为 b , 法向刚度为 K n 的 裂隙串联组成 , 见图 3 。
式中 , Δ u 为裂隙面上表面平均粗糙度 ; Δ d 为裂隙 面下表面平均粗糙度 。 Δ 、Δ 可由文献 [ 4] 所建 u d 立的断裂表面平均粗糙度与自仿射分形维数间的 关系式确定 。
图 1 实际粗糙断裂面
Witherspoon( 1981) 建议对典型裂隙测其最大 开度 bmax 及开度的概率分布函数 f( b) , 用下式求 裂隙的等效开度 :
2
式中 , s 为裂隙间距 。 由式( 11) ( 12) 可知 , 当 应力发生变化时 , 将引起裂隙宽度的改变 , 从而引 起渗透性变化 。 当岩体内分布有 M 组裂隙时 , 假设裂隙无限 延伸 , 裂隙内无充 填物 , α i , βi 为第 i 组裂隙的倾 角和倾向 , si 为第 i 组裂隙的隙间距 , 即同一方向 裂隙组中两相邻裂隙在法线方向上的距离 。 坐标 X 轴与地理 N 方向一致 , Y 轴与 E 方向一致 , 则 其渗透系数张量为 :
3
基金项目 : 国家自然科学基金资助项目( 10072072) 。 作者简介 : 张电吉 , 男 , 1963 年生 , 副 教授 , 博士 生 , 主要 从事岩 土 工程方面的教学与科研工作 。 收稿日期 : 2002 08 -17
2003 年第 1 期 勘 察 科 学 技 术 25 5) 分形几何理论 。 由 Mandelbort 创立的分形 几何可定量描述自然界中粗糙的 、不规则的几何 边界 。 研究认为 , 断裂面的形成经历了微观到宏 观的一个断裂过程 , 在微观水平上岩石断裂可能 是岩石的沿晶和穿晶断裂造成的 , 它形成了晶粒 尺度上的粗糙性 , 而宏观尺度上的粗糙性可能存 在于相当大的尺度范围 , 因此岩石的断裂面是一 种自然分形 , 岩石断裂面的几何形状可由分形维 数进行定量描述 。 式中 , <b > 为裂隙等效开度 。 裂隙宽度可用实际测量方法确定 , 这里分受 力前后提出两种方法 。 对于没有加载的含贯穿裂 隙的岩石试件 , 可用千分表测量 , 见 图 2 , 设下壁 面各测点的凸起高度为 h d i =1 , 2 , … m ) , 将上 i( 壁面叠到下壁面后 , 上壁面上与下壁面相对应测 点的凸起高度为 h i ( i =1 , 2 , … m) 则可以得到