岩土力学 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (S1): 437-453.doi: 10.16285/j.rsm.2024.0151CSTR: 32223.14.j.rsm.2024.0151
李槟1, 2,申海萌1, 2,李琦1, 2,李霞颖1, 2
LI Bin1, 2, SHEN Hai-meng1, 2, LI Qi1, 2, LI Xia-ying1, 2
摘要: 裂隙渗透率的动态演化是工程岩体水力学特性中的一个关键科学问题,了解岩体渗透率动态演化机制,明确影响渗透率动态演化的机制,对工程设计和运行有重要意义。基于离散元和有限元方法,建立粗糙裂隙花岗岩的剪切渗流数值模拟,探究裂隙开度与渗透率在变围压条件下及剪切过程中的动态演化机制,揭示粗糙花岗岩裂隙渗透率在剪切过程中的动态演化规律。开展在1.9~20.0 MPa围压下粗糙裂隙样品的剪切和渗流过程数值模拟,监测粗糙裂隙样品的裂隙开度与渗透率演化行为。数值模拟与试验表现出相同的演化规律,剪切和围压对渗透率的演化有显著影响,围压的大小决定着渗透率的变化趋势。在1.9~10.0 MPa的围压条件下,岩石的渗透率先明显增大,然后在剪切作用后下降;当围压大于10.0 MPa时,裂隙渗透率仅呈下降趋势。剪切数值模拟结果显示,高围压限制了裂隙在剪切过程中的剪胀扩张现象,同时促进了岩石碎屑的形成,降低了裂隙的过水能力。系统提出了基于Barton公式的等效开度修正系数,并给出最终具有物理意义的渗透率计算方法;提出了裂隙等效开度和围压间的演化标准方程,在描述围压与不同裂隙等效开度之间演化关系时,能够较好地预测不同围压下初始、峰值和最小等效开度变化,进而用以计算渗透率。研究采用的剪切渗流数值计算方法为揭示裂隙渗透率动态演化机制提供了一种有效途径。
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