大理岩力学与裂隙渗流特性研究

论文摘要

随着岩体工程不断向深部发展,迫使其所处的地质和应力环境变得更为复杂、多样。掌握高地应力和高渗透压力条件下岩石的力学性质是确保地下工程结构长期稳定的基础内容。面对地下工程岩体赋存区域广泛、应力场复杂等问题,如何准确模拟岩体结构以及力学性质是开展地下工程结构力学响应的核心。鉴于此,针对锦屏二级水电站深埋引水隧洞开挖过程中伴随的两大问题:高地应力下围岩的岩爆灾害和高水压力下的突(涌)水灾害,开展了大理岩力学与裂隙渗流特性的室内试验研究,分析了大理岩的基本力学性质,对大理岩破坏裂隙面进行了室内渗流试验,总结获得了结构面的渗流特性,基于voronoi多边形建立了大理岩的数值模型,合理表现出了大理岩力学特性。本文的主要研究内容如下:(1)对大理岩标准圆柱形试样进行了波速测试,在室内进行了单轴压缩试验及直剪试验。获取了大理岩的常规单轴压缩强度、剪切强度。绘制了大理岩单轴压缩过程中的应力应变全过程曲线,通过观察归纳大理岩的宏观破裂过程,掌握了大理岩试样的破坏特性。(2)借助三维扫描设备获取了圆柱形试样剪切裂隙面的点云数据,然后通过Geomagic Studio软件对点云数据进行提取,通过Matlab软件对裂隙面点云数据进行进一步的处理与并对剪切裂隙面的形貌参数进行了定量的分析与计算。(3)研制了径向渗流的试验装置,对圆柱形裂隙面端部设置不同法向荷载,通过控制入渗流量,得到并探讨了渗流量、入渗水压、法向应力的相互关系,从剪切裂隙面形貌对渗流过程的角度出发,探究了大理岩剪切裂隙的渗流特性。(4)开展了复杂应力路径下的直剪切试验。通过与常规剪切试验的结果进行对比,讨论了复杂应力路径对岩样强度产生影响及机制,对比分析了不同应力路径下大理岩试样的破坏过程及破坏特性。(5)基于voronoi凸多边形建立了大理岩的圆柱形及方形试样的数值模型,基于离散元方法,模拟了常规单轴压缩和复杂应力路径下岩石的变形破坏过程,总结归纳了裂隙的产生与发育过程。与室内试验一同探讨了大理岩在不同应力路径下的变形破坏过程。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 谢业统

导师: 范鹤,周辉

关键词: 岩石力学,剪切,岩体裂隙,渗流,结构面形貌,硬脆性,数值模拟,离散元

来源: 沈阳工业大学

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: 沈阳工业大学

分类号: TU45

总页数: 80

文件大小: 4141K

下载量: 201

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