地应力对采动裂隙岩体渗流特性影响的研究

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1、地应力对采动裂隙岩体渗流特性影响的研究本文由jiefengfei贡献第26卷第9期2009年9月长江科学院院报Vol.26No.9Sep.2009JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstitute文章编号:1001-5485(2009)09-0035-04地应力对采动裂隙岩体渗流特性影响的研究孙玉杰1,邬爱清1,张宜虎1,武涛2(1.长江科学院水利部岩土力学重点实验室,武汉430010;2中国地质大学工程学院,武汉.430074)摘要:岩体总是赋存于一定的渗流场和应力场中的,在

2、裂隙岩体中开挖洞室将打破最初的平衡状态,引起渗流场和应力场发生变化,因此研究地应力场对渗流场的影响具有重要的意义。采用UDEC程序,利用数值试验的方法,研究了块体边界尺寸以及初始地应力对在节理裂隙岩体中开挖洞室引起隧洞内涌水量变化的影响。结果表明,随着块体边界尺寸和初始应力比的增加,开挖后隧洞内的涌水量均减小。关键词:地应力;地下洞室;渗流;节理岩体文献标识码:A中图分类号:TU459.41概述张后全、杨天鸿、等应用FRFPA渗流与应力耦合分析系统,对煤层顶板随着开采的逐步进行,采动裂隙逐渐向上发展并最终与含水层连通,进而

3、发生顶板突水的全过程进行了数值模拟,直观地显示了煤层顶板的变形、破坏过程以及渗流场在整个岩体的运移过程及其突水前后渗流场的变化情况,较好地揭示了顶板突水过程。随着国民经济建设的迅猛发展,基本建设规模的不断扩大,人类的活动空间越来越大,使得其开发所依托的岩土体问题也越显突出,裂隙介质地下水运动规律就是其中的突出问题之一。诸如大型水利水电工程中的地下水问题、核废料的深部贮存、垃圾填埋污水下渗、输油管道渗漏造成的地下水污染问题等都与裂隙岩体的渗流有关。而岩体是受结构面的纵横切割、具有一定结构的多裂隙体,同时赋存于一定的地质环境中

4、,地应力场和地下渗流场是岩体物理力学环境中的2个重要组成部分。裂隙岩体渗流受应力的影响,而渗流场的改变又会影响到应力场的改变,两者相互影响、相互作用称为耦合作用。由立方定理可知,裂隙开度的变化对渗流的影响很大,而应力会直接引起裂隙开度的变化肖江、高喜才[4][3]2D率。[1]等研究了采动过程中因顶板冒落、放顶跨落造成顶板透水的灾害机理,并结合具体工程地质条件,利用固-液耦合相似材料模拟方法对首采工作面综放开采过程进行了研究,分析了裂隙带与冒落带导水通道分布特征,总结了含水层潜水渗流规律。黄涛、立杨[5]中在裂隙围岩介质渗

5、透性能等效处理的基础上,提出了渗流与应力耦合环境下裂隙围岩隧道涌水量预测计算的确定性数学模型方法,包括理论解析法、经验解析法和水文地质数值模拟方法。马立强、张东升[6]。因此,等运用FLAC数值软件的应力渗流耦合系3D研究应力对渗流的影响具有重要的意义。目前,国内外学者多集中研究天然岩体的水力学特征,而对于受扰动后的岩体渗流特征研究较少。殷黎明、杨春和[1]统,结合工程实践,系统分析了采动岩体的渗流矢量、渗流速度、孔隙压力及导水边界线动态发展的普遍规律和分布特征,进行了顶板突水危险区域的识别。杨会军、王梦恕[7]等分析了裂

6、隙岩体渗流运动的基本规律,研应用岩体非连续介质渗流的究了应力对渗流作用影响的机理,并结合甘肃某工程进行了现场应力测量及高压压水试验,得出了该地区渗透系数随地应力值的增大呈负指数递减的变化规律。陈伟、阮怀宁[2]研究成果,结合具体工程进行了最大涌水区段渗流数值模拟,模拟了各种工况条件下地下水的渗流特性以及地表水体的水位变化。隧洞作为地下建筑物,修建过程中将不可避免地穿越不同水文地质、工程地质条件的裂隙岩体。当隧洞通过裂隙岩体的含水区段时,由于隧洞的开利用自己编制的随机连续模型导入有限元程序进行了2场耦合分析,预测了锦屏二级水

7、电站隧洞开挖过程中地下水的最大入渗收稿日期:2008–1112;修回日期:2008–1209––基金项目:国家重点自然科学基金项目(50509003)作者简介:孙玉杰(1982–),男,山东临沂人,硕士,主要从事岩石力学与工程方面的研究工作,(电话)13954637126(电子信箱)sdustsy@j163.com。36长江科学院院报2009年挖人为破坏了原有地下水的渗流条件,使得隧洞自身成为地下水以不同形式(渗出、滴流、股流及大范围突水等)向外排泄的地下廊道,形成涌水灾害。对于大埋深的越岭隧道来说,裂隙岩体处于相对较高的

8、地应力场中,同时穿越含水区段的裂隙岩体中有地下水渗流场的存在,与地应力场构成一种特定的动态平衡体系。因此,研究地应力对隧洞开挖后裂隙岩体中渗流的影响十分必要且很有意义。[9]Indraratnaet(1998)基于UDEC利用数值模型对裂隙岩体中开挖洞室所引起的洞室中涌水量开展了研究。而本文将采用数值模