深部岩石裂隙在剪切过程中形貌不断发生改变,导致裂隙渗流特性极其复杂,进而影响深部岩体工程的稳定性。为探明恒定法向刚度(constant normal stiffness,简称CNS)边界条件下岩石裂隙的剪切渗流特性,基于分形理论构建了不同粗糙度三维自...深部岩石裂隙在剪切过程中形貌不断发生改变,导致裂隙渗流特性极其复杂,进而影响深部岩体工程的稳定性。为探明恒定法向刚度(constant normal stiffness,简称CNS)边界条件下岩石裂隙的剪切渗流特性,基于分形理论构建了不同粗糙度三维自仿射裂隙面,采用考虑裂隙粗糙度退化的剪切数值方法分析了不同CNS边界条件下裂隙岩石剪切过程中几何形貌参数的演变规律。随后利用COMSOL软件对受剪后的裂隙进行渗流计算,研究了法向刚度、剪切位移和分形维数对裂隙非线性渗流特性的影响。结果表明:(1)裂隙的力学开度随着分形维数的增大而增大,但法向刚度的增加会减缓其增长速度;接触率主要受法向刚度控制,并随其增大而增大。(2)裂隙渗流的压力梯度与流量关系能够用Forchheimer定律准确描述,拟合系数A和B随剪切位移的增大呈幂函数减小趋势,随法向刚度的增加而增加,随裂隙分形维数的增加而减小。(3)裂隙的水力开度随分形维数的增加而增加,随法向刚度的增加而减小,并建立了以力学开度和开度标准差为自变量的水力开度模型。(4)裂隙渗流的临界雷诺数随剪切位移的增加先减小后增大,并随分形维数和法向刚度的增加而减小,以裂隙的分形维数、接触率和水力开度模型为基础,建立了CNS条件下剪切裂隙的临界雷诺数计算拟合公式。展开更多
深部岩体节理往往存在不同程度的软弱充填物质,导致岩体力学性质更为复杂。开展恒定法向刚度CNS边界条件下,考虑高初始法向应力及不同节理粗糙系数JRC−充填度△组合模式的加锚充填节理岩体剪切试验,结合微观电镜扫描(scanning electron ...深部岩体节理往往存在不同程度的软弱充填物质,导致岩体力学性质更为复杂。开展恒定法向刚度CNS边界条件下,考虑高初始法向应力及不同节理粗糙系数JRC−充填度△组合模式的加锚充填节理岩体剪切试验,结合微观电镜扫描(scanning electron microscope,简称SEM)分析充填节理部分宏微观结构演变特征,推导CNS边界条件下峰值剪胀角相关计算方法。研究结果表明:当△<0.5,试件剪应力强度呈现应力硬化;当1.0<△≤1.5,剪应力强度由基本恒定演化为应力软化。当△小于临界充填度△_(cr),JRC成为峰值抗剪强度主要影响因素。△在节理法向变形中起到控制作用,随着△的增加,出现剪胀、先剪胀后剪缩、剪缩3种演化规律,JRC则影响着试件剪胀−剪缩变化程度。充填节理部分破坏模式随着△的增加主要经历3个阶段:粗糙点磨平、充填物质摩擦、充填物质磨碎。微观角度下由疏松多孔结构形式演化为散体碎屑状结构形式。受挤压破碎区与挤压应力集中区二者的相互演化机制影响,锚杆剪切变形模式逐渐由△=0的“近似”拉剪变形向△=1.5的拉弯变形模式演变。在此基础上,提出了一种CNS边界条件下加锚充填节理岩体峰值剪胀角的计算公式,并进行了试验验证及边界条件影响参数敏感性分析。展开更多
文摘深部岩石裂隙在剪切过程中形貌不断发生改变,导致裂隙渗流特性极其复杂,进而影响深部岩体工程的稳定性。为探明恒定法向刚度(constant normal stiffness,简称CNS)边界条件下岩石裂隙的剪切渗流特性,基于分形理论构建了不同粗糙度三维自仿射裂隙面,采用考虑裂隙粗糙度退化的剪切数值方法分析了不同CNS边界条件下裂隙岩石剪切过程中几何形貌参数的演变规律。随后利用COMSOL软件对受剪后的裂隙进行渗流计算,研究了法向刚度、剪切位移和分形维数对裂隙非线性渗流特性的影响。结果表明:(1)裂隙的力学开度随着分形维数的增大而增大,但法向刚度的增加会减缓其增长速度;接触率主要受法向刚度控制,并随其增大而增大。(2)裂隙渗流的压力梯度与流量关系能够用Forchheimer定律准确描述,拟合系数A和B随剪切位移的增大呈幂函数减小趋势,随法向刚度的增加而增加,随裂隙分形维数的增加而减小。(3)裂隙的水力开度随分形维数的增加而增加,随法向刚度的增加而减小,并建立了以力学开度和开度标准差为自变量的水力开度模型。(4)裂隙渗流的临界雷诺数随剪切位移的增加先减小后增大,并随分形维数和法向刚度的增加而减小,以裂隙的分形维数、接触率和水力开度模型为基础,建立了CNS条件下剪切裂隙的临界雷诺数计算拟合公式。
文摘深部岩体节理往往存在不同程度的软弱充填物质,导致岩体力学性质更为复杂。开展恒定法向刚度CNS边界条件下,考虑高初始法向应力及不同节理粗糙系数JRC−充填度△组合模式的加锚充填节理岩体剪切试验,结合微观电镜扫描(scanning electron microscope,简称SEM)分析充填节理部分宏微观结构演变特征,推导CNS边界条件下峰值剪胀角相关计算方法。研究结果表明:当△<0.5,试件剪应力强度呈现应力硬化;当1.0<△≤1.5,剪应力强度由基本恒定演化为应力软化。当△小于临界充填度△_(cr),JRC成为峰值抗剪强度主要影响因素。△在节理法向变形中起到控制作用,随着△的增加,出现剪胀、先剪胀后剪缩、剪缩3种演化规律,JRC则影响着试件剪胀−剪缩变化程度。充填节理部分破坏模式随着△的增加主要经历3个阶段:粗糙点磨平、充填物质摩擦、充填物质磨碎。微观角度下由疏松多孔结构形式演化为散体碎屑状结构形式。受挤压破碎区与挤压应力集中区二者的相互演化机制影响,锚杆剪切变形模式逐渐由△=0的“近似”拉剪变形向△=1.5的拉弯变形模式演变。在此基础上,提出了一种CNS边界条件下加锚充填节理岩体峰值剪胀角的计算公式,并进行了试验验证及边界条件影响参数敏感性分析。
