浅谈裂隙岩质边坡渗流场与应力场耦合分析及工程应用

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1、中国科学院研究生院博士学位论文裂隙岩质边坡渗流场与应力场耦合分析及工程应用姓名：张电吉申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：白世伟20030601摘要渗流场和应力场的分布特性及耦合情况，是影响节理裂隙岩质边坡稳定性的重要因素。本文把裂隙岩体看作是离散网络模型，分析了其饱和非饱和渗流特性，并建立了相应本构关系。把断裂力学与损伤力学相结合，分析讨论了裂隙的起裂扩展及损伤演化，并建立了渗流场一应力场耦合方程。具体研究内容有以下几个方面：l介绍研究了含裂隙岩体的裂隙性状及力学特性，为裂隙岩体的渗透性分析、

2、断裂损伤分析及渗透与应力耦合关系分析提供基础；2研究了岩体节理裂隙面的变形与渗透性，推导出裂隙岩体的渗透张量表达式；3从断裂力学及损伤力学的理论出发，建立了节理裂隙岩体的等效柔度张量和损伤张量，分析了水对裂隙强度的影响及边坡卸荷对裂隙扩展的影响；研究了渗透张量随裂隙损伤断裂发展的演化，提出了考虑渗透水压力的裂隙损伤扩展的本构模型。4建立了边坡裂隙网络饱和非饱和渗流模型，并推导了控制方程，分析研究了降雨入渗及非饱和渗流特性，建立了相应的分析数学模型。探讨了饱和，非饱和渗流对裂隙岩质边坡稳定性的影响机理。

3、5对边坡裂隙中渗流对裂隙壁的作用力、外力对裂隙渗流的影响及岩体自重应力对裂隙渗透系数的影响进行了分析研究，提出了渗流、应力及损伤的耦合分析模型。6对曾多次出现滑坡的裂隙岩质边坡进行了大量的现场工程地质调查，对边坡岩体的结构特性及岩石的物理力学性质进行了现场和室内试验，利用前面的理论方法和模型，从定性和定量两个方面分析了降雨及开挖卸荷对该边坡稳定性的影响。关键词裂隙岩体，渗流一应力耦合分析，非饱和渗流，损伤演化，边坡稳定性ABSTRACTDistributionandcouplingconditiono

4、fseepagefieldsandstressfieldsareimportantinttuenetiaifactorsinfracturedrockslopestability．Basedonthefracturenetworkmodel，thecharacteristicsofsaturatedseepageflowandunsaturatedseepageflowareanalysed，andtheconstitutiverelationisestablishedAccordingtotheth

5、eoriesoffracturemechanicsanddamagemechanics,thedamageevolutionandcracks—initiatingcriterionoffracturerockma％esarediscussed，andcouplingequationbetweenseepagefieldsandstressfieldsisputforward．Theresearchworkinvolvesseveralaspectsasfollows：11rbephysicomech

6、anicalpropertiesandstructuralcharacteristicsoffracturesinrockmassareintroducedandresearched，whichprovidesasoundbasisforanalyzingthepermeability，fracture-damage，andseepage—stresscouplingoffracturedrockmass．2Deformationandseepageruleofjointsandfracturesar

7、estudied，andpermeabletensorequationoffracturedrockm&qshasbeendeveloped．3Basedonthetheoriesoffracturemechanitsanddamagemechanics，theequivalentflexibilitytensoranddamagetensorforthejointedrockmassesarededuced，andtheeffectsofwateronfracturerockstrengthandu

8、nloadingonfracturepropagationareanalysed．Therelationshipbetweenseepagetensoranddamagepropagationofthefractureshavebeenstudied．Thefracturedamageconstitutivemodelconsideringseepagepressureissetup．4Fracturenetworkmodelofsaturated-un