劈裂砂岩过流面积对渗流的影响研究.pdf

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1、第43卷第3期人民长江Vo1．43．No．32012年2月YangtzeRiverFeb．，2012文章编号：1001—4179(2012)03—0088—04劈裂砂岩过流面积对渗流的影响研究赵宗勇，宛茛朋，朱思军(三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室，湖北宜昌443002)摘要：为寻求岩体渗流过流面积与渗流量的关系，应用CAD、ANSYS以及ArcGIS软件对不同劈裂面的砂岩岩样进行了岩柱劈裂面模拟，计算出了裂面面积，并进行了以过流面积为单影响因素的渗流试验。计算结果显示，随着过流面积的增加，渗流量与过流

2、面积近于三次函数关系，且在施加不同围压与轴压下，这种关系没有改变，变化的只是渗透速度大小。该研究弥补了以往研究中不进行过流面积单影响因素试验的不足，对弄清实际工程中岩体裂隙及岩体结构面发育程度对渗流的影响具有一定的启示。关键词：渗流试验；过流面积；渗流量；巴西试验；砂岩中图法分类号：P588．212．3文献标志码：A近年来，基础设施建设工程如高速公路、铁路和商有，本文研究过流面积对渗流的影响，弥补了上述研究业设施等向山区延伸和发展，地下资源、地下空间的开的不足。过流面积大小在实际工程中可以等效为岩体发也得到了前

3、所未有的提高。然而，基础设施建设所断面发育程度、裂隙发育程度以及节理面大小，找到过面临的问题日益凸显，其技术等级要求高、山区地形条流面积与渗流量大小的关系，为今后全面科学地分析件困难、地质结构复杂、地质环境脆弱。其中渗流问题渗流对工程的影响拓宽了思路。已成为制约基础设施工程建设的难题之一。据统计，1试验设备90％以上的岩质边坡破坏与地下水渗透作用有关；60％左右的矿井事故涉及到地下水在煤体和岩体中的(1)zc4型声波回弹仪。本仪器所测回弹值可作渗透作用；30％一40％的水利水电工程大坝失事由渗为岩样的抗压强度相

4、关指标之一，用来推定岩样的抗流作用引起。压强度及标号。本研究主要利用该设备进行岩样强度国内外学者针对渗流作了大量研究。谢和平从断测定后，筛选符合要求的岩样进行巴西法间接拉伸试裂面形态人手，主要运用分形理论研究了岩体的力学验。性质和断裂面几何特征之间的关系；王贵宾通过各(2)RMT一150C岩石力学试验系统。该系统是种方法进行了节理迹长、节理面粗糙度等节理性质的一套可以进行岩石和混凝土等标准试件力学性能试验统计，为试验和工程中进行节理面与渗流关系的研究的大型综合设备。它可进行三轴压缩试验、单轴压缩打下很好的基础；

5、R．Olsson从渗流与岩体外加载的试验、直接剪切试验和巴西法间接拉伸试验。耦合方面人手，通过试验和理论分析，研究了在一定载(3)ELE岩石渗透仪。该仪器采用渗透试验端帽荷下岩体节理的渗流特性。刘杰、陈金刚、张景飞与ELEHoek压力室和恒压系统配套使用，能测定围压进行了含填充物节理岩体在不同载荷下的渗流特性研作用下岩石渗透性能。究；刘才华、陈从新研究了三轴应力作用下岩石单2试样采集裂隙的渗流特性。以往文献中很多研究了应力、粗糙度、进出后长度、JRC值等各种因素对渗流的影响，本试验采用湖北宜昌某公路施工边坡岩石

6、，岩性但从过流面积影响渗流的角度进行研究的文献几乎没为砂岩。之所以以砂岩为研究对象，有以下两点原因。收稿日期：2011一l0—29作者简介：赵宗勇，男，硕士研究生，主要从事岩石力学及其工程应用方面的研究。E—mail：zhao2005101533y@63·。。第3期赵宗勇，等：劈裂砂岩过流面积对渗流的影响研究89(1)沉积岩广泛分布于地表，占陆地而积的模拟剖面与实际剖面非常一致，能够通过模拟的剖面75％，许多工程都建设在沉积岩地区。而砂岩是沉积来确定实际剖面的面积。岩中比例最大的一种，其各种力学性质很具研究价值

7、，表249kPa轴压时不同围压下的渗流量同时，在一定程度上降低了取样的难度。(2)沉积岩成岩时形成的隐微裂隙对岩石力学性质的影响在三大类岩石中最小，可以最大限度地避免微观隐裂隙造成的数据离散，防止这种离散在一定程度上掩盖某些变化规律。3试验设计针对无填充物砂岩劈裂裂隙，计算出裂面面积，找到过流面积对渗流量的影响。所采用试件直径54mm、高度110mm，围压为0～8MPa，轴压为0．01—0．2MPa。加载路径采用固定围压变轴压，围压从小到大固定，轴压从小到大变化。4渗流试验数据由于篇幅限制，以编号3．5．4试样

8、为例，选择5MPa围压时不同轴压下的渗流量及49kPa(0．5bra)轴压时不同围压下的渗流量，其试验结果如表1和表2所示。表15MPa围压时不同轴压下的渗流量注：以上试验中轴压均取49kPa(0．5bar)。图1实际剖面图2裂面线5劈裂砂岩剖面模拟采用简易纵剖面仪法测定破裂面上7条线来模拟剖面，其中有4条边缘线和3条中间线。以3．5．4试样为例，如图1所示，采用CAD线条和ANSYS