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甘肃北山花岗岩节理水力、力学特性研究

殷黎明  
【摘要】: 在花岗岩这类硬岩中处置高放废物,遍布花岗岩体中的节理裂隙是控制处置的关键因素,连通的裂隙网络是核素迁移的主要通道。因此对节理裂隙的水力、力学特性进行深入的研究是十分必要的。本文以中国高放废物深地质处置甘肃北山预选区候选场址评价为研究背景,以北山采石场区域中分布的节理为研究对象,运用现场调查、钻孔试验、统计分析、室内试验以及数值模拟等多种手段对节理面的分布特征、表面形态特征、单节理面力学特性以及节理网络渗流应力的耦合特性展开了研究。 通过对中国高放废物处置库甘肃北山预选区岌岌采石场的岩体露头进行节理调查,统计了采石场区域节理分布的各项基本特征,为进一步研究节理面的各项物理力学特征建立了分组依据。 针对节理分组特征,在采石场区域选取典型节理面,运用基于Barton直边法的快速几何测量法,对现场大尺寸节理面表面形态进行了测量。分析了该区域节理面表面形态的尺寸效应、各向异性等特性。并且分析了剖面曲线的参数特征。 天然节理面中往往既包含有周期长、幅值大的起伏度分量和周期短、随机性的粗糙度分量。两者对节理面的影响机理是不同的,不考虑两者的区别而笼统地分析显然是存在缺陷的。本文将节理面的表面形态曲线看作是一离散的时间序列,引用频谱分析法实现了两者的分离,讨论了分离阙值频率的选择,并且分析了不同分量的参数特征。 试验方法是研究节理力学特征最直接有效的方法,对现场选取的150×150×150mm的标准中间含平行节理试样进行了法向压缩试验和直接剪切试验,研究了节理面的变形特征与强度特征,并且对试样的节理面表面形态特征进行了分析。研究了节理面不同分量对节理面力学特性的影响规律。针对现场某深钻孔进行了地应力测量与高压压水试验,分析了现场岩体渗透特性,应用离散元程序UDEC对基于上述调查统计的裂隙网络进行了应力场与渗流场的耦合分析。


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