岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (12): 3840-3850.doi: 10.16285/j.rsm.2020.0302

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

低应力与覆水环境下单裂隙粉砂质泥岩渗流特性

付宏渊1，蒋煌斌1，邱祥2, 3，姬云鹏2   

  1. 1. 长沙理工大学 交通运输工程学院，湖南 长沙 410114；2. 长沙理工大学 土木工程学院，湖南 长沙 410114； 3. 道路结构与材料交通行业重点实验室，湖南 长沙 410114
  • 收稿日期:2020-03-17 修回日期:2020-05-16 出版日期:2020-12-11 发布日期:2021-01-11
  • 通讯作者: 邱祥，男，1991年生，博士，讲师，主要从事岩土工程防灾减灾方面的研究。E-mail: qiuxiang@csust.edu.cn E-mail:fuhy001@163.com
  • 作者简介:付宏渊，男，1965年生，博士，教授，主要从事岩土工程防灾减灾方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金（No.51908073，No.51838001，No.51878070，No.51908069）；湖南创新型省份建设专项经费资助项目（No.2019SK2171）；湖南省教育厅科学研究项目（No.18C0188）；湖南省研究生创新重点项目（No.CX20200811）；湖南省自然科学基金（No.2020JJ5581）。

Seepage characteristics of single-fracture silty mudstone under low stress and overlying water environment

FU Hong-yuan1, JIANG Huang-bin1, QIU Xiang2, 3, JI Yun-peng2   

  1. 1. School of Traffic & Transportation Engineering, Changsha University of Science & Technology, Changsha, Hunan 410114, China; 2. School of Civil Engineering, Changsha University of Science & Technology, Changsha, Hunan 410114, China; 3. Key Laboratory of Road Structure and Materials Transportation Industry, Changsha, Hunan 410114, China
  • Received:2020-03-17 Revised:2020-05-16 Online:2020-12-11 Published:2021-01-11
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(51908073, 51838001, 51878070, 51908069), the Special Funding for the Construction of Innovative Provinces in Hunan(2019SK2171), the Scientific Research Project of Hunan Provincial Department of Education(18C0188), the Postgraduate Research and Innovation Key Project of Hunan Province, China(CX20200811) and the Natural Science Foundation of Hunan Province (2020JJ5581).

PDF (Chinese)

161

摘要： 为探究不同外部环境因素影响下浅层粉砂质泥岩边坡裂隙渗流特性，采用自主研发的岩体裂隙渗流试验装置，对含6种不同裂隙面粗糙度（JRC）的粉砂质泥岩裂隙试样进行渗流试验，研究了不同低围压和覆水深度下粉砂质泥岩裂隙渗流特性。结果表明：不同覆水深度及JRC下围压与粉砂质泥岩裂隙渗透系数均呈反相关，两者之间关系可用幂函数表征，且渗透系数的降低过程可分为快速降低（围压为0～30 kPa）和缓慢降低（围压为30～50 kPa）两个阶段，CT扫描结果验证了围压增大使得粉砂质泥岩裂隙开度减小是渗透系数随围压增大而减小的主要原因。随围压的增大或覆水深度的减小，不同JRC粉砂质泥岩裂隙渗透系数的离散程度逐渐减小。当围压增至最大，同时覆水深度最小时，JRC对裂隙渗透系数的影响将会被消除。不同围压下，粉砂质泥岩裂隙渗透系数与覆水深度呈正相关，且两者关系可用指数函数表征。推导出了粉砂质泥岩裂隙渗流非线性Izabsh模型，该模型能较好地反映低应力及低流速下粉砂质泥岩裂隙渗流量与压力梯度之间的非线性变化关系，但随围压的增大，该模型的相关性有一定程度的减小。

关键词: 粉砂质泥岩, 贯通裂隙, 渗流特性, 低围压, 覆水深度

Abstract: In order to explore the seepage characteristics of fractured rock mass in the shallow silty mudstone slope under different environmental conditions, a self-developed fractured rock mass seepage apparatus was used to conduct seepage tests on fractured silty mudstone samples with six different fracture surface roughnesses (JRC). The seepage characteristics of fractured silty mudstone under different confining pressures and overlying water depths were studied. The results show that the permeability coefficient of silty mudstone is inversely correlated with the confining pressure under different overlying water depths and JRCs, which can be characterized by a power function. The reduction of permeability coefficient can be divided into two stages: a rapid reduction (0? 30 kPa) and a slow reduction (30?50 kPa). CT scanning results confirm the main reason for the decrease of permeability coefficient is that the increase of confining pressure causes the decrease of fracture aperture of silty mudstone. With the increase of confining pressure or the decrease of overlying water depth, the discreteness of fracture permeability coefficient of different JRC silty mudstone decreases gradually. When the confining pressure increases to the maximum and the overlying water depth is the minimum, the effect of JRC on permeability coefficient would be eliminated. It is also found the permeability coefficients of the samples are positively correlated with the overlying water depth under different confining pressures, which can be characterized by an exponential function. Moreover, the nonlinear Izabsh model of seepage flow in fractured silty mudstone is derived, which can better reflect the nonlinear relationship between seepage flow and pressure gradient under low stress and low velocity. However, the correlation of the model decreases with the increase of confining pressure.

Key words: silty mudstone, penetrating fracture, seepage characteristic, low confining pressure, overlying water depth

中图分类号: 

  • TU452
[1] 王珂, 盛金昌, 郜会彩, 田晓丹, 詹美礼, 罗玉龙, . 应力−渗流侵蚀耦合作用下粗糙裂隙渗流特性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 30-40.
[2] 李昆鹏, 赵晓彦, 肖 典, 李 晋. 酸雨水化学损伤加剧粉砂质泥岩崩解机制研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(8): 2693-2702.
[3] 段玲玲, 邓华锋, 齐豫, 李冠野, 彭萌. 水-岩作用下单裂隙灰岩渗流特性演化规律研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(11): 3671-3679.
[4] 赵国彦, 李振阳, 吴浩, 王恩杰, 刘雷磊. 含非贯通裂隙砂岩的动力破坏特性研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 73-81.
[5] 翟明磊, 郭保华, 王辰霖, 焦峰, . 法向卸荷下贯通裂隙岩样压剪破坏特征研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 217-223.
[6] 李博, 黄嘉伦, 钟振, 邹良超, . 三维交叉裂隙渗流传质特性数值模拟[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3670-3768.
[7] 王鹏飞, 谭文辉, 马学文, 李子建, 刘景军, 武洋帆, . 不同粗糙度和隙宽贯通充填裂隙 渗流特性试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3062-3070.
[8] 张天军, 庞明坤, 蒋兴科, 彭文清, 纪翔, . 负压对抽采钻孔孔周煤体瓦斯渗流特性的影响[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2517-2524.
[9] 王辰霖, 张小东, 杜志刚, . 循环加卸载作用下预制裂隙煤样渗透性试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2140-2153.
[10] 王鹏飞, 李长洪, 马学文, 李子建, 刘景军, 武洋帆, . 断层带不同含石率土石混合体渗流特性试验研究[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 53-61.
[11] 丁红岩，贾 楠，张浦阳, . 砂土中筒型基础沉放过程渗流特性和沉贯阻力研究[J]. , 2018, 39(9): 3130-3138.
[12] 王志良，申林方，李邵军，徐则民，. 基于格子Boltzmann方法的岩体单裂隙面渗流特性研究[J]. , 2017, 38(4): 1203-1210.
[13] 李利平，柳 尚，李术才，石少帅，陈迪杨，周 毅，林 鹏，王健华，刘 聪,. 应力-渗流耦合三轴渗透试验系统研制及其在充填介质渗透特性试验中的应用[J]. , 2017, 38(10): 3053-3061.
[14] 盛金昌 ，白柯含 ，杨 旭 ，郑忠巍 ， 詹美礼 ， 孙永军 ， 杨 慧，. 膨润土防水毯破损条件下渗流特性试验研究[J]. , 2015, 36(S2): 315-320.
[15] 康向涛 ，黄 滚 ，宋真龙 ，邓博知 ，罗甲渊 ，张 鑫 , . 三轴压缩下含瓦斯煤的能耗与渗流特性研究[J]. , 2015, 36(3): 762-768.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
[1] 姚仰平，侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[3] 向天兵，冯夏庭，陈炳瑞，江 权，张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[4] 王淑云，鲁晓兵，赵 京，王爱兰. 粉质黏土周期荷载后的不排水强度衰化特性[J]. , 2009, 30(10): 2991 -2995 .
[5] 张明义，刘俊伟，于秀霞. 饱和软黏土地基静压管桩承载力时间效应试验研究[J]. , 2009, 30(10): 3005 -3008 .
[6] 郭军辉，程卫国，张 滨. 土工格栅低温下蠕变特性试验研究[J]. , 2009, 30(10): 3009 -3012 .
[7] 康厚荣, ，雷明堂，张谢东，赵杰华. 贵州省公路工程岩溶环境区划[J]. , 2009, 30(10): 3032 -3036 .
[8] 刘振平，贺怀建，李 强，朱发华. 基于Python的三维建模可视化系统的研究[J]. , 2009, 30(10): 3037 -3042 .
[9] 张家发，定培中，张 伟，胡智京. 水布垭面板堆石坝垫层料渗透与渗透变形特性试验研究[J]. , 2009, 30(10): 3145 -3150 .
[10] 李少龙，张家发，张 伟，肖 利. 表层土渗透系数空间变异与随机模拟研究[J]. , 2009, 30(10): 3168 -3172 .
版权所有 © 《岩土力学》编辑部
地址：湖北武汉武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所(430071)　邮编：200042　电话：027-87198484, 87199252, 87199253, 87198752　E-mail: ytlx@whrsm.ac.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发