浅谈裂隙岩体渗流与应力耦合的问题

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1、裂隙岩体渗流与应力耦合浅析匡坤华（辽宁工程技术大学采矿工程阜新123000）摘要：针对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AndstresscouplinganalysisofseepageflowinfracturedrockmassKUANGKun-hua(SchoolofLiaon

2、ingTechnicalUniversty,Miningengineering,Fuxin,123000)Abstract:rockmassinteractionintheseepageandstressthedynamicbalancesystem,thedeformationandstabilityofthefracturedrockmassproposedcouplingofseepageandstressresearchissues,combinedwiththecharacteristicsofrockseepageanalysisofthefracturedrockmasss

3、tressandstrainonthepermeabilitycoefficientofthesituation,andthenfracturedrockcoupledseepageandstressfieldoftheroleofinsertionandinversionanalysisofideasandmethodsarediscussedandfinallythecurrentfracturedrockmassseepagefieldandstressfieldofresearchprogressandthereisTheproblemisintroduced.Keywords:

4、Fracturedrock；seepage；coupling；backanalysis随着我国民经济的飞速发展，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是许多工程学科面临的共同问题。据统计，90％以上的岩石边坡破坏与地下水渗透力有关，60％的矿井事故与地下水的作用有关，30%～40％的水电工程大坝失事是由渗透作用引起的。可见，裂隙岩体渗流与应力耦合分析是岩体力学界一个很有意义但又十分复杂的课题，近年来，岩体渗流与应力(应变)耦合作用研究已成为岩体力学领域的热点之一。1岩体渗流的特征1.1渗流的各向异性岩体的渗流各向异性是指岩体在各个方向的上的渗透特性各不相同，通常用渗透张

5、量来表示，不连续面的成组性和空间展布的不均匀性是造成渗流各项异性的主要原因，通常在节理裂隙密集的方向上，岩体的渗透性占主导优势。1.2渗流的不均匀性岩体的渗流非均匀性是指岩体空间系统内不同位置的渗透系数大小不同，即渗透系数是坐标的空间函数。对于多孔介质及准多孔介质，岩体的渗流不均匀性主要是孔隙和节理裂隙分布差异造成的，宏观上岩体渗流的不均匀性主要是不连续面的发育程度的差异造成的。。1.3渗流的非饱和性由于粗糙程度和开度的差异，不连续面不同部位的渗透特性可能相差很大，有些部位成为气封闭域，致使渗径复杂化，而开度大的部位就成为优势渗流主槽。一些勘探表明，虽然处于地下水位以下，但有的裂隙内仍然

6、是干燥或仅有少量裂隙渗水，这说明岩体处于非饱和状态。岩体渗流的非饱和性是流体通过裂隙时流动的重要特征。2裂隙中渗流与应力耦合分析很多情况下，裂隙岩体中存在地下水，地下水强烈影响着岩体的力学性质，除了使强度降低以外，还会对裂隙岩体施加渗流力。故对岩体的变形和温度都起着非常大的影晌。对节理裂隙岩体进行变形和稳定分析时，对渗流影响的评估非常重要，但也很困难。一方面渗流产生渗透压力，减少了节理裂隙面上的有效法向应力，从而影响了岩体的变形和稳定；另一方面渗流又具有很强的应力和变形依赖性，裂隙岩体受荷载作用后，由于应力场的逐渐改变和裂隙法向及切向应力的逐渐增大，引起岩体中孔隙或裂隙张开度发生变化，从

7、而使得岩体渗流通道发生变化，裂隙中渗流的流速和流体压力的重分布。这样以来，变形和渗流便形成了复杂的耦合作用。2.1裂隙岩体应力对渗流系数的关系裂隙岩体受荷载作用后，由于应力场的逐渐改变和裂隙法向及切向应力的逐渐增大，引起岩体中孔隙或裂隙张开度发生变化，从而使得岩体渗流通道发生变化，裂隙中渗流的流速和流体压力的重分布，裂隙水通量随裂隙法向应力的增加而很快降低，见下图所示1-1图1裂隙张开度和通水量和有效正应力的关系图2.2裂隙岩体其变