浅谈裂隙岩体渗流应力耦合机制研究及突水数值模拟

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1、长江科学院硕士学位论文裂隙岩体渗流应力耦合机制研究及突水数值模拟姓名：孙玉杰申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：邬爱清;张宜虎20090601摘要随着我国社会经济的高速发展，水利资源的大规模开发，铁路交通的迅速拓展和核电工业的兴起，与岩体相关的大规模工程日益增多。裂隙岩体在高水压和高复杂应力路径下的水岩耦合作用是一个非常复杂的过程。因此，研究裂隙岩体中地下水的活动规律以及渗流场和应力场的耦合问题，已成为岩土工程界普遍关注的问题，也是一项具有理论研究价值和实际工程应用背景的重大课题。本文在充分认识国内

2、外研究成果的基础上，采用理论分析、数值模拟、工程应用相结合的方法，对裂隙岩体渗流特性、裂隙岩体洞室开挖力学特性以及裂隙岩体渗流与应力耦合以及突水进行了细致的研究，主要研究成果如下：1.系统地总结和归纳了裂隙岩体渗流特性、岩体卸荷力学特性、裂隙岩体渗流应力耦合机制以及突水研究现状和进展，并提出了目前研究中所存在的问题。2.阐述了基于离散单元法的裂隙岩体渗流分析理论与方法，并结合具体实例用离散元分析软件对自由面液体流动开展数值模拟研究，验证了采用UDEC进行裂隙岩体渗流分析的可行性。3.详细介绍了裂隙岩体渗流

3、的基本理论以及基于Monte-Carlo技术的结构面网络计算机模拟方法，自行编制程序生成岩体结构离散裂隙网络介质模型。以此模型为基础，借助UDEC软件对裂隙岩体渗流特性以及裂隙岩体洞室开挖力学特性结合具体实例开展了研究。4.介绍了裂隙岩体渗流应力耦合的基本理论,对单裂隙中渗流场对应力场作用结合模型开展了研究，说明了孔压的存在且在较小的情况下相当于抵消了一部分侧压，使闭合量减小。当孔压逐渐增大并超过某一值时，裂隙面的法向位移为正，裂隙张开。5.采用离散单元法对裂隙岩体渗流应力耦合机制进行了研究。对在裂隙岩体

4、中开挖洞室后引起突水灾害的机理进行了阐述并借助于UDEC软件模拟出了突水通道的形成过程。6.针对锦屏二级水电站引水隧洞工程区一个典型部位岩体，建立了岩体结构模型，结合实际地质资料开展了突水数值模拟，揭示出此典型部位突水可能发生的位置并提出对工程有参考价值的建议。关键词：裂隙岩体，离散单元法，渗流场，应力场，耦合，突水IABSTRACTWiththerapiddevelopmentofChina’ssocial-economy,large-scaledevelopmentofwaterresources,t

5、herapidexpansionoftherailwaytrafficandtheriseofthenuclearpowerindustry,therock-relatedmacro-engineeringareincreasingprogressively.Thewater-rockcouplingeffectofthefracturedrockmassesinthehighpressureandcomplicatedloadingisaverycomplicatedprocess.Thereforet

6、heanalysisresearchofthegroundwater’sactivityaswellasthecouplinganalysisresearchofseepageandstressinfracturedrockmasseshasbecomeacommonconcerntothegeotechnicalengineeringprofessionbutalsoaveryvaluedandcomplicatedtaskwithatheoreticalstudyandpracticalapplica

7、tionbackground.Thispaperadoptssuchmethodsastheoreticalanalysis,numericalsimulationandengineeringapplicationtoinvestigatetheseepagebehaviorinfracturedrockmasses,themechanicalpropertiesoffracturedrocksmassesafterexcavationaswellasthecouplingofstressfieldand

8、seepagefieldinfracturedrockmassesroundlyandthoroughly.Basedontheexistingstudiesinthecorrelationalresearchbothathomeandabroad,themajorresultsareasfollows:1.Theexistingachievementsandresearchadvancesoftheseepagebehavi