浅谈岩体卸荷应力场-渗流场耦合试验研究及数值分析

《浅谈岩体卸荷应力场-渗流场耦合试验研究及数值分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、重庆大学硕士学位论文岩体卸荷应力场-渗流场耦合试验研究及数值分析姓名：艾万民申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：朱可善;刘新荣20051001中文摘要摘要目前，水－岩耦合研究是岩土工程领域的前沿课题之一。渗流场和应力场的分布及其耦合情况，是影响裂隙岩体工程稳定性的重要因素。针对目前使用卸荷方法研究水－岩耦合作用较少的研究现状，本文基于理论分析、试验研究和数值分析，对低应力下岩体卸荷应力场－渗流场耦合作用进行了探讨，得到了如下主要结论：(1)在系统论述岩体裂隙几何及力学特性、卸荷岩体中应力分布特征以及裂隙岩体渗流场－应力场耦合模型的基础上

2、，以立方定律为基础，从理论上推导了卸荷岩体裂隙渗透系数变化量与卸荷量之间的关系式；(2)基于最小二乘法原理，用Matlab编制程序，对卸荷岩体裂隙渗透系数变化量与卸荷量之间的关系的试验数据进行了拟合，并与理论值进行对比，二者吻合良好；(3)借鉴岩体应力－应变曲线滞回现象的P-M模型理论，提出了裂隙岩体应力－渗透系数曲线滞回现象的P-M模型；(4)通过卸荷渗流试验，探讨了渗透系数与卸荷量之间的关系。试验研究表明：随着岩体的卸荷，岩体渗透系数与卸荷量近似成一双曲线关系；随着卸荷量的增加，当有效卸荷量达到60％～80％以上时，岩体的渗透系数将会产生

3、突变，此结果与本文所建立的理论模型计算结果吻合良好；在卸荷量一定的情况下，随着孔隙水压力的加－卸荷循环变化，其渗透系数逐渐变小；(5)通过对试验前后的试样进行的细观分析得出：岩体卸荷后，岩体内部的裂纹会合并、发展、汇合，并最终形成大的裂隙，此裂隙即为渗流的主要通道，导致了岩体渗透系数的大幅度增加，是影响岩体渗流特性的重要原因之一；(6)以变刚度弹簧单元建立裂隙模型，用大型有限元软件Ansys对试验模型进行了数值分析，研究表明：考虑耦合作用的径向应力，随着有效应力的增加变得越不均匀，而没有考虑耦合作用的径向应力，在整个作用过程中的均匀性基本不变

4、；考虑耦合作用时，在端部会出现局部应力突变，没有考虑耦合作用时，应力为渐变，没有出现应力突变。模型的径向应变结果分布与径向应力结果分布类似；(7)基于数值分析，探讨了裂隙水压力的分布形式，并以立方定律为基础，假设裂隙面为光滑表面，理论推导了光滑非平行裂隙中的水头分布公式，结果发现二者均为弧线分布形式。(8)简要地分析了本文的水力模型在库岸滑坡分析中的应用，并建立了库水I重庆大学硕士学位论文快速升降过程中库岸边坡稳定性分析的力学模型，就模型中的几个参数对边坡稳定系数的影响进行了讨论。关键词：卸荷，应力场－渗流场耦合，渗透系数，裂隙岩体，滞回现象

5、，数值分析，库岸边坡II英文摘要ABSTRACTAtpresent,thestudyonthecouplingbetweenseepagefieldandstressfieldofrockmassisaadvancedproblemofGeotechnicalEngineering.Distributionandcouplingconditionofseepagefieldandstressfieldareimportantinfluencingfactorsforthestabilityofrockmassengineering.Based

6、theoreticalanalysis,experimentalstudyandnumericalcalculation,theunloadingeffectsonrockmasspermeabilityatlowstresshavebeendepicted.Themainconclusionsareasfollows:(1)Basedthedepictionofgeometricalandmechanicalcharacteristicofthecrackoffracturedrockmass,andthedepictionofmodels

7、forthecouplingbetweenseepagefieldandstressfieldoffracturedrockmass,andonthebasicofthecubiclaw,arelationbetweenpermeabilityandtheunloadingstressesissuggested.(2)Basedtheleastsquaremethod,theequationparametersoftherelationbetweenpermeabilityandstresseshavebeenoptimizedbyusing

8、‘Matlab’soft.(3)OnthebasicofP-Mmodelofhystereticphenomenainthestress-straincurve,t