含裂隙类岩体渗流试验研究及数值模拟分析

论文摘要

由于地质运动和人为扰动,岩体中通常存在大量的裂隙。而岩体裂隙是地下水的储存空间和渗流通道,地下水在裂隙内的运动是导致工程事故发生的主要原因,因此研究裂隙岩体渗流量是当前的热点。本文以裂隙岩体为主要的研究对象,进行围压、水压、裂隙宽度等对渗流量影响的渗流试验;并利用ABAQUS软件建立有限元模型,对不同孔隙水压和不同倾斜裂隙下的渗流特性进行分析。主要研究内容与成果如下:（1）根据配比试验制备试件,利用RLW-2000微机控制岩石伺服三轴流变仪进行三轴压缩试验,获得试件的物理参数和弹性力学参数,同时得出不同围压下的应力-应变曲线以及峰值强度变化曲线。试验研究发现随着围压的增大,峰值强度以及残余强度也随之增大。（2）运用上述试验装置,对不同单裂隙宽度试件以及平行裂隙试件进行加卸载渗流试验,分别分析水压、围压、裂隙宽度与渗流量之间的关系。由研究发现:轴压、水压和裂隙宽度相同的条件下,渗流量随着围压的增大而不断减小;当围压增加到一定程度时,渗流量减小速度变缓;同时围压卸载过程中产生的渗流量较加载时出现变小趋势。当仅改变水压时,随着水压的增大,渗流量不断增加;相同应力条件下,水压卸载时试件渗流量比加载时大。在控制轴压、围压和水压不变的情况下,随着裂隙宽度的增加,渗流量不断增大;当水压较小时,裂隙宽度的增加对渗流量改变较大;当水压增大到0.4×106Pa时,水压成为影响渗流量的主要因素,随着裂隙宽度增加,渗流量增量开始减小。在轴压和围压相同条件下,当水压小于0.3 ×106Pa时,平行裂隙渗流量明显小于合并裂隙渗流量;继续增大水压,平行裂隙与合并裂隙渗流量差值开始减小。（3）运用ABAQUS有限元软件,对裂隙宽度为0.2mm的预制贯通单裂隙试件进行数值模拟,分析不同水压下的渗流量变化情况。将数值分析结果与同等条件下的试验结果进行对比,验证数值模拟的准确性。同时对不同孔隙水压、不同裂隙角度α的渗透特性进行数值模拟研究,由结果得出:渗流量和渗流速度随着孔隙水压的增加逐渐增大,而随裂隙角度的增加呈现减小的趋势;裂隙结构面附近X、Z方向的应力随孔隙水压的增加而减小,且随着与施加孔隙水压位置距离的增大,应力差值不断减小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 渗透性试验研究现状
•     1.2.2 加卸载条件下裂隙岩体渗透性试验研究
•     1.2.3 裂隙岩体数学模型研究现状
•     1.2.4 裂隙岩体渗流数值分析研究现状
•   1.3 主要研究内容、路线
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 研究路线
•   1.4 本章小结
• 2 类岩体试样力学特性试验研究
•   2.1 试件的制备
•     2.1.1 材料的选择
•     2.1.2 完整试件的制备
•     2.1.3 预制贯通裂隙试件的制备
•   2.2 试件参数
•     2.2.1 物理参数
•     2.2.2 弹性力学参数理论
•   2.3 试验方案
•     2.3.1 试验仪器
•     2.3.2 试验目的及加载试验过程
•   2.4 压缩试验结果分析
•     2.4.1 抗压强度
•     2.4.2 单轴压缩应力-应变曲线
•     2.4.3 三轴压缩应力-应变曲线
•   2.5 本章小结
• 3 不同工况下加卸载渗透试验
•   3.1 裂隙岩体渗流基本理论
•     3.1.1 裂隙的结构几何特征
•     3.1.2 渗流的基本参数
•     3.1.3 渗流的基本规律
•   3.2 渗流试验方案
•     3.2.1 饱和处理
•     3.2.2 试件安装
•     3.2.3 加载步骤
•     3.2.4 加载方案
•   3.3 试验结果分析
•     3.3.1 围压对试件渗流量的影响规律
•     3.3.2 水压对试件渗流量的影响规律
•     3.3.3 裂隙隙宽对渗流量的影响规律
•     3.3.4 平行裂隙与合并裂隙渗流量变化规律
•   3.4 本章小节
• 4 裂隙岩体渗流数值模拟
•   4.1 ABAQUS有限元软件的介绍
•   4.2 ABAQUS中本构关系和材料的选取
•     4.2.1 ABAQUS流固耦合分析的基本原理
•     4.2.2 本构关系
•     4.2.3 材料参数的选取
•   4.3 基本假设和模型的建立
•     4.3.1 基本假设
•     4.3.2 模型建立
•   4.4 数值模拟结果
•     4.4.1 验证模型
•     4.4.2 竖直裂隙α=0°
•     4.4.3 不同孔隙水压
•     4.4.4 不同裂隙角度α
•   4.5 本章小结
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘瑶

导师: 于德海

关键词: 人工试件,渗透试验,数值模拟,贯通裂隙

来源: 大连海事大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 大连海事大学

分类号: TU45

DOI: 10.26989/d.cnki.gdlhu.2019.000697

总页数: 86

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