›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (6): 2008-2016.doi: 10.16285/j.rsm.2017.0205

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

三向应力作用下节理岩体渗流-应力耦合特性

孔 洋1, 2,朱珍德1, 2,阮怀宁1, 2   

  1. 1. 河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,江苏 南京 210098;2. 河海大学 江苏省岩土工程技术工程研究中心,江苏 南京 210098
  • 收稿日期:2017-03-21 出版日期:2018-06-11 发布日期:2018-07-03
  • 通讯作者: 朱珍德,男,1964年生,博士,教授,博士生导师,主要从事岩石力学与工程教学、科研工作。E-mail: zzdnj@.hhu.edu.cn E-mail:gongzuo99033@163.com
  • 作者简介:孔洋,男,1989年生,博士研究生,主要从事柱状节理岩体水力特性与特殊土工程性状方面的研究工作。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金资助项目(No.51579081,No.51379065)。

Stress-seepage coupling characteristics of jointed rock mass under three principal stresses

KONG Yang1, 2, ZHU Zhen-de1, 2, RUAN Huai-ning1, 2   

  1. 1. Key Laboratory of Ministry of Education for Geomechanics and Embankment Engineering, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098, China; 2. Jiangsu Research Center for Geotechnical Engineering Technology, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098, China
  • Received:2017-03-21 Online:2018-06-11 Published:2018-07-03
  • Supported by:

    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51579081, 51379065).

摘要: 节理岩体渗流-应力耦合特性研究是岩石力学领域的重点和难点。水利水电工程与地下工程中天然节理岩体往往处于三向不等压应力状态,针对三向应力状态下节理岩体渗流-应力耦合特性研究较少。其中,单节理岩体渗流-应力耦合特性研究是基础。首先分析与探究了单节理岩体侧向应力作用效果及渗流作用机制,在单节理岩体渗透性-应力耦合分析模型基础上推导了单节理岩体渗流-应力耦合的理论公式。通过室内真三轴渗流-应力耦合试验,基于全局优化算法的非线性拟合及块体离散元数值仿真,验证了所提出理论公式的合理性。基于电路原理,给出了模拟电路与渗流问题的相似物理量,通过引入等效渗流阻方法,探究了典型的含正六边形主干节理网络的渗流-应力耦合特性。该研究结果对实际工程岩体的渗流分析有一定的参考价值。

关键词: 节理岩体, 三向主应力, 渗流-应力耦合, 单节理渗流, 柱状节理

Abstract: The topic on the seepage-stress coupling characteristics of jointed rock mass is generally considered as an important and difficult research direction in the field of rock mechanics. The natural jointed rock mass commonly exists in the three unequal compressive stress states in water conservancy and hydropower engineering and underground engineering. There are limited studies on the seepage-stress coupling characteristics of jointed rock mass under the states of three principal stresses. The fundamental study should focus on the seepage-stress coupling characteristics of the monolithic rock mass. In this study, the effect of lateral stress and the seepage mechanism of monolithic rock mass were analysed and explored. Then the theoretical formula of its seepage-stress coupling characteristics was deduced on the basis of the existing permeability-stress analytical model. Theoretical results were also compared with experimental results from true triaxial seepage-stress coupling tests in the laboratory. The rationality of the derived formula was verified by the global optimisation nonlinear fitting method and the block discrete element method (DEM). The similar physical quantities of analog circuits and seepage problems were obtained by using the circuit principle. The seepage-stress coupling characteristics of jointed rock mass with a regular hexagonal joint network were preliminarily investigated by introducing the equivalent seepage resistance method. The obtained results provide useful references for seepage analysis of rock mass in practical engineering.

Key words: jointed rock mass, three principal stresses, seepage-stress coupling, water flow in a single joint, columnar joint

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[1] 陈 松,乔春生,叶 青,邓 斌. 基于摩尔-库仑准则的断续节理岩体复合损伤本构模型[J]. , 2018, 39(10): 3612-3622.
[2] 裴书锋,冯夏庭,张建聪,王鹏飞,江 权,周扬一,郝宪杰,刘俊峰,. 高边坡坝基柱状节理玄武岩开挖卸荷时效松弛特性[J]. , 2018, 39(10): 3743-3754.
[3] 刘泉声, 雷广峰, 彭星新, 魏 莱, 刘建平, 潘玉丛,. 锚杆锚固对节理岩体剪切性能影响试验研究及机制分析[J]. , 2017, 38(S1): 27-35.
[4] 王培涛,任奋华,谭文辉,闫振雄,蔡美峰,杨天鸿,. 单轴压缩试验下粗糙离散节理网络模型建立及力学特性[J]. , 2017, 38(S1): 70-78.
[5] 蒋明镜 ,刘 蔚 ,孙 亚 ,张 宁 ,王华宁 . 考虑环境劣化非贯通节理岩体的直剪试验离散元模拟[J]. , 2017, 38(9): 2728-2736.
[6] 腾俊洋,张宇宁,唐建新,张 闯,李臣林, . 锚固方式对节理岩体剪切性能影响试验研究[J]. , 2017, 38(8): 2279-2285.
[7] 程爱平,肖 术,许梦国,王 平,刘艳章,. 基于广义Hoek-Brown准则的节理岩体强度及变形参数随机分析[J]. , 2017, 38(1): 205-213.
[8] 薛海斌,党发宁,尹小涛,丁卫华,刘海伟,. 非稳定渗流条件下非饱和土质边坡稳定性的矢量和分析法研究[J]. , 2016, 37(S1): 49-56.
[9] 刘红岩,李俊峰. 非贯通节理岩体损伤变量计算方法研究[J]. , 2016, 37(S1): 95-100.
[10] 蔡 俊,叶海旺,雷 涛,贺怀建,. 考虑剪胀角的节理化岩体隧道开挖进尺优化研究[J]. , 2016, 37(S1): 639-644.
[11] 刘红岩,邢闯锋,张力民, . 双轴应力下非贯通节理岩体压缩损伤本构模型[J]. , 2016, 37(9): 2610-2616.
[12] 崔 臻,魏 倩,侯 靖,盛 谦,李良权,. 基于节理网络有限元的柱状节理岩体等效变形模量结构效应研究[J]. , 2016, 37(10): 2921-2928.
[13] 李 超 ,刘红岩 ,阎锡东,. 动载下节理岩体破坏过程的数值试验研究[J]. , 2015, 36(S2): 655-664.
[14] 师文豪 ,杨天鸿 ,于庆磊 ,朱新平 ,肖 平,. 层状边坡各向异性岩体渗流-应力耦合模型及工程应用[J]. , 2015, 36(8): 2352-2360.
[15] 陈卫忠 ,龚 哲 ,于洪丹 ,马永尚 ,田洪铭,. 黏土岩温度-渗流-应力耦合特性试验与本构模型研究进展[J]. , 2015, 36(5): 1217-1238.
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[1] 胡勇刚,罗 强,张 良,黄 晶,陈亚美. 基于离心模型试验的水泥土搅拌法加固斜坡软弱土地基变形特性分析[J]. , 2010, 31(7): 2207 -2213 .
[2] 邓 琴,汤 华,吴振君,尹小涛,袁从华,. 隧道锚–围岩系统承载特性的室内模型试验及畸变纠正[J]. , 2017, 38(S1): 247 -254 .
[3] 祝江鸿 ,杨建辉 ,施高萍 ,王 珺 ,蔡建平,. 单位圆外域到任意开挖断面隧洞外域共形映射的计算方法[J]. , 2014, 35(1): 175 -183 .
[4] 庄心善 ,赵 鑫 ,何世秀 ,朱瑞赓 . 排水条件下卸荷土体变形特性的真三轴试验研究[J]. , 2007, 28(7): 1387 -1391 .
[5] 林 聪,杨 强,王海波,李仁鸿,. 基于非线性有限元的孟底沟拱坝数值模拟研究[J]. , 2016, 37(9): 2624 -2630 .
[6] 唐 栋 ,李典庆 ,周创兵 ,方国光 . 考虑前期降雨过程的边坡稳定性分析[J]. , 2013, 34(11): 3239 -3248 .
[7] 刘 宁,张春生,褚卫江. 深埋隧洞开挖损伤区的检测及特征分析[J]. , 2011, 32(S2): 526 -531 .
[8] 杨 松,卢廷浩. 非饱和红黏土的不排气、不排水三轴剪切试验研究 非饱和红黏土的不排气、不排水三轴剪切试验研究[J]. , 2011, 32(S1): 356 -0359 .
[9] 祝廷尉,胡新丽,徐 聪,雍 睿. 嵌岩桩抗滑特性的物理模型试验研究[J]. , 2014, 35(S1): 165 -172 .
[10] 陈立宏 ,陈祖煜 ,李广信,. 三轴试验抗剪强度指标线性回归方法的讨论[J]. , 2005, 26(11): 1785 -1789 .