深埋节理岩体渗流演化机理及工程应用

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1、博士学位论文深埋节理岩体渗流演化机理及工程应用SeepageEvolutionMechanismofDeepBuriedJointedRockMassandItsEngineeringApplication国家重点基础研究发展计划(973)项目(2013CB036003)国家自然科学基金重点项目（51134001）作者：苏海健导师：靖洪文教授中国矿业大学二○一五年六月中图分类号U451学校代码10290UDC624密级公开中国矿业大学博士学位论文深埋节理岩体渗流演化机理及工程应用SeepageEvolutionMechanismofDeepBuriedJointedRo

2、ckMassandItsEngineeringApplication作者苏海健导师靖洪文申请学位工学博士培养单位深部重点实验室学科专业岩土工程研究方向岩石力学与工程答辩委员会主席王媛评阅人匿名二○一五年六月论文审阅认定书研究生苏海健在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢本论文是在靖洪文教授的悉心指导下完成的，没有靖洪文教授的指导、鼓励，论文是不可能顺利完成的。师

3、从三载，收获颇丰，感触亦深。曾几何时，当我面对科研的高峰有些彷徨时，是导师在鼓励我，世上无难事，只怕有心人；当我在科研的殿堂中步履蹒跚时，是导师在指点我，问渠哪得清如许，为有源头活水来。导师优秀的做人品质，严谨的治学态度，开拓创新的精神，高屋建瓴把握全局的能力，忘我的工作精神给学生树立起潜移默化的典范作用，这也是导师传授给学生最宝贵的财富。在此，谨向我的导师致以深深的敬意。感谢姜振泉教授、蒋斌松教授、韩立军教授、李元海教授和杨圣奇教授在论文选题过程中给予的诸多指导和帮助，选题过程中同样也得到了茅献彪教授的诸多指点。感谢总参工程兵科研三所顾金才院士、贺永胜高工、张向阳副研

4、究员、丁幸波工程师在试验系统研发及试验方案修改等过程中给予的帮助。感谢蔚立元副教授在论文思路确定、室内试验研究等过程中的细心指导和对本人生活的关心照顾。感谢中国矿业大学孙强副教授、陈坤福副教授、许国安副教授、王迎超副教授、罗宁副教授、戚靖骅老师、齐燕军老师、孟波老师、孟庆彬老师、河海理工大学郭佳奇老师、山东科技大学冯强老师在试验结果分析及论文书写过程中的指导和帮助。感谢课题组朱文心博士、武德决博士、范氏娴博士、丁书学博士、尹乾博士、杜明瑞博士、赵洪辉硕士、朱谭谭硕士、吴兴杰硕士、董晓硕士、陈敏亮硕士、李健硕士、潘兵硕士、陈国飞硕士、徐锡硕士、张江雄硕士、熊飞硕士、韩观胜

5、硕士、杨万硕士、李亚博硕士、李勇良硕士、杨二朋硕士在室内试验过程中的帮助。感谢同窗好友彭利平博士、李明博士、张勃阳博士、阴琪翔博士、李解博士、刘相如博士、赵维生博士、王立平博士、戎虎仁博士、程建龙博士多年的陪伴和在学习生活中的帮助。感谢父母对我的养育之恩和对我学业的关心和支持，祝他们健康长寿。感谢论文所引用文献的作者。感谢各位专家、教授在百忙之中对论文的审阅、答辩与批评指导！摘要随着西部大开发等战略计划的不断实施，隧道、水利水电等工程建设重心逐渐向西部转移，西部岩溶区域水灾害频繁，涌突水成为制约工程发展的主要灾害之一。研究涌突水灾害的基础是岩体的渗流演化机理，而岩体经历

6、长期的地质作用和人为扰动，内部孕育了各种节理等缺陷，因此，研究不同应力状态下节理岩体的渗流演化规律对揭示地下工程涌突水机理及防治和控制具有十分重要的意义。本文以深埋节理岩体为研究对象，综合采用物理模拟试验、理论分析和数值模拟相结合的方法，对不同地应力状态和不同水压力下岩体的渗流特性开展了一系列的研究，对相关工程的建设和涌突水防治具有一定的指导意义。（1）研制了可进行各向加载的大尺度岩体渗流物理模拟试验系统，包括主体承载装置、地应力伺服加载系统、气液复合承压水加载系统以及其他配套的辅助设备，系统最大地应力载荷达到6.0MPa，水压力载荷2.0MPa，模型体尺寸为300×3

7、00×1800mm。同时配制了可进行渗透性调节的流固耦合试验相似材料，为揭示复杂应力状态下地下岩体的渗流演化机理提供了新的试验设备、试验材料及相关方法。（2）对不同渗透性的均质岩体模型进行了渗流模拟试验，获得了岩体孔隙水压力随水压力和地应力的变化特征。不同应力状态下均质岩体内孔隙水压力随着扩散距离的增大而逐渐减小，均服从双曲线衰减规律；推导了最大扩散距离和最小保护层厚度的表达式，随着水压力的增大和地应力的减小，最大扩散距离和最小保护层厚度均逐渐增大；根据达西定律的微分形式，提出了计算均质岩体内部水力梯度的新方法，与传统计算方法相比，计算结