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裂隙砂岩渗流场与应力场耦合的试验研究及其工程应用

屈建军  
【摘要】:本文试验部分主要以砂岩为研究对象,采用三种试验方案来研究不同轴压、围压、填充物粒径、裂隙深度等因素对其渗流量的变化规律;理论部分主要研究渗流场和应力场耦合的原理;应用部分依托工作组正在研究的大岗山高边坡开挖卸荷稳定性分析项目,开展考虑地下水作用的渗流场和应力场耦合分析计算应用。 1)在阅读参考文献的基础上,归纳总结渗流场和应力场耦合已有的研究成果及其仍存在和有待进一步解决的问题,并提出本文的主要研究内容和技术路线。 2)以砂岩试件为研究对象,制作直径为54mm,高度为110 mm的试件,试件上切割人工裂隙,裂隙深度分别为0.5cm、1.0cm、1.5cm、2.0cm、2.5cm,裂隙开度为0.3cm,依托试验设备ELE岩石渗透仪和RMT-150C岩石力学试验系统,提出三种渗流场和应力场耦合的试验设计方案和试验目的。 3)通过砂岩裂隙渗流试验分析得出,不同轴压、不同围压、有填充物、无填充物和不同粒径范围的填充物等不同条件下裂隙砂岩的渗流变化规律。 4)通过分析岩体的裂隙性、空隙性和透水性,应力场和渗流场耦合分析的两类问题,提出了渗流场和应力场耦合分析的连续介质数学模型。 5)介绍计算分析软件FLAC-3D,并解释在摩尔库伦本构关系中应用体积模量和剪切模量来代替杨氏模量和泊松比,阐述使用不平衡力作为收敛准则,并提出边坡开挖卸荷稳定性的数值分析求解一般流程。 6)以大岗山水电站右岸整体边坡为例,建立三维有限元模型,采用相应的数值模拟方法考虑地下水作用的渗流场和应力场耦合分析的6种计算工况(初始工况、开挖卸荷加固工况、施工期降雨工况、运行期蓄水工况、运行期库水位骤降工况、运行期地震工况),计算相对位移场、渗流场、应力场以及塑性区的分布情况。对边坡开挖卸荷加固过程的不平衡力进行监测,绘制关键点位移变化曲线直观分析边坡每级平台开挖的变形情况,使用三维有限元计算的结果和最新的监测成果进行对比分析,得出相关结论。


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