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膨胀性充填裂隙水力特性数值模拟

彭玉平  
【摘要】: 近年来,滑坡、泥石流灾害频繁发生。这些地质灾害不仅严重影响到当地人民的生命财产安全,而且也影响到了当地的经济建设的发展,所以有效地预报地质灾害的发生并加以防治就显得十分迫切。根据报道,在这些地质灾害中,有相当一大部分是由于当地的岩体中存在膨胀性充填物所致。本文的研究方案是从膨胀性充填物的基本性质出发,来研究膨胀性充填裂隙的应力应变以及渗流特性。膨胀性充填物是指在这些充填物中,充填物主要有亲水矿物组成,这些矿物具有吸水膨胀、软化、崩解和失水急剧收缩,并能产生往复变形的特殊的黏土。充填物在遭遇到连续降水后,体积急剧膨胀,失水后体积急剧收缩。这些充填物在反复的失水吸水的过程中,其产生的膨胀力对充填物周围的岩体以及岩壁产生应力扰动。应力扰动的大小也跟充填物中膨胀性物质的多少有关,膨胀系数会随着膨胀物质的增加而增大。ANSYS10.0是大型通用的有限元分析件,是迄今为止在世界范围内唯一通过ISO9001质量认证的计算机辅助工程(CAE)设计分析类软件。 本文利用ANSYS10.0软件对充填裂隙进行了三维有限元数值模拟,获得了它们在裂隙宽分别为6mm、8mm、10mm的位移、应力以及应变。根据渗流场和温度场的相似性,利用热分析模块来模拟渗流,从而获得膨胀性充填裂隙水力特性数值模拟结果。根据模拟结果,研究了水对膨胀性充填裂隙的力学影响,并初步探讨膨胀性充填裂隙的本构关系。 所有的模拟结果表明:充填物在遇水时对岩壁以及岩体产生的应力可以达到原来的几十倍,裂隙内充填物的多少对应力应变也有影响,充填物越多,它的膨胀压力就越大。本研究的模拟结果及新发现可以为将来预报和防治相关的地质灾害提供技术依据。


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