岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (9): 2757-2766.doi: 10.16285/j.rsm.2022.1524
蔚立元,杨瀚清,王晓琳,刘日成,王蓥森
YU Li-yuan, YANG Han-qing, WANG Xiao-lin, LIU Ri-cheng, WANG Ying-sen
摘要: 研究了循环剪切过程中剪切位移和循环次数对三维粗糙裂隙非线性水力特性的影响。首先,基于天然粗糙裂隙面的高程数据生成三维裂隙面,并通过前人的研究结果确定循环剪切过程中的法向位移变化值,建立了16个开度空间模型,从而得到了不同剪切位移和循环次数下接触面积和开度分布情况,发现当循环次数一定时,随着剪切位移的增加,原本吻合的上下表面发生错动,平均开度和各向异性增大,接触面积减小;剪切位移一定时,随着循环次数的增加,上下表面起伏在剪应力作用下被磨平,接触面积增大,平均开度减小。将模型导入数值模拟软件进行计算得到流量数据,结果表明,水力梯度随流量变化规律符合Forchheimer定律。循环1次时,随着剪切位移从4 mm增加到10 mm,线性Fochheimer系数减小了88.3%,非线性Fochheimer系数减小了95.2%;循环2次时,随着剪切位移从4 mm增加到10 mm,线性Fochheimer系数减小了95.4%,非线性Fochheimer系数减小了99.7%,两系数减小的幅度随循环次数增大而增大。进一步分析发现,剪切位移的增加对裂隙渗透性有促进作用,循环次数增加对渗透性起抑制作用。此外,归一化渗透系数随雷诺数变化规律与Zimmerman等提出的预测公式相吻合,且本研究数值模拟计算结果与其公式的拟合系数趋近1,公式中的Fochheimer系数β 随剪切位移增大而减小,随循环次数增大而增大。
中图分类号: TU411| [1] | 曹瑞栋, 刘斯宏, 田金博, 鲁洋, 张勇敢, 李帆, . 考虑拉伸的土工袋体织物渗流特性试验及预测模型[J]. 岩土力学, 2025, 46(9): 2711-2720. |
| [2] | 刘杰, 钟伦伟, 钟振, 张宪尚, 隆清明, 应鹏, . 恒定法向刚度边界条件下受剪岩石裂隙非线性渗流特性的数值模拟研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(6): 1919-1933. |
| [3] | 李世昌, 李剑, 余飞, 耿赟, 杨奇志, 王江琛, . 峰前等剪应力幅值下黏土−混凝土接触面小变形特性分析[J]. 岩土力学, 2024, 45(S1): 208-216. |
| [4] | 尹敬涵, 盛谦, 崔臻, 张茂础, . 基于多尺寸结构面的循环剪切力学特性及其抗剪强度研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(S1): 405-414. |
| [5] | 蒋明杰, 李泽懿, 吉恩跃, 刘宇菠, 梅国雄, . 考虑级配影响的粗粒土−格栅最优网格尺寸试验研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(9): 2565-2572. |
| [6] | 秦悠, 杜歆宇, 马维嘉, 吴琪, 陈国兴, . 不同循环应力路径下饱和珊瑚砂超静孔压增长的改进应力模型[J]. 岩土力学, 2023, 44(6): 1729-1738. |
| [7] | 尹敬涵, 崔臻, 盛谦, 陈健, 张茂础, . 循环荷载作用下岩石劈裂结构面剪切力学特性演化与影响因素研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(1): 109-118. |
| [8] | 孙杰豪, 郭保华, 田世轩, 程坦, . 峰前循环剪切作用下岩石节理剪切力学特性[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 52-62. |
| [9] | 侯娟, 邢行, 徐东, 陆向前, . 土工膜-土工布界面动力剪切特性试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(2): 365-376. |
| [10] | 王柳江, 刘斯宏, 赵志杰, 沈超敏, 鲁洋. 土工袋界面动力特性的循环直剪试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1625-1634. |
| [11] | 刘新荣, 许彬, 周小涵, 谢应坤, 何春梅, 黄俊辉, . 软弱层峰前循环剪切宏细观累积损伤机制研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(5): 1291-1303. |
| [12] | 芮圣洁, 国振, 王立忠, 周文杰, 李雨杰, . 钙质砂与钢界面循环剪切刚度与阻尼比的试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 78-86. |
| [13] | 张强, 李小春, 周英博, 石露, 白冰, . 高压孔隙CO2/水作用下完整四川三叠系 砂岩剪切特性的试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3028-3036. |
| [14] | 李书兆, 王忠畅, 贾 旭, 贺林林, . 软黏土中张紧式吸力锚循环承载力简化计算方法[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1704-1712. |
| [15] | 许 江, 瞿佳美, 刘义鑫, 彭守建, 王 威, 吴善康, . 循环剪切荷载作用下充填物对结构面 剪切特性影响试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1627-1637. |
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