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裂隙岩体渗流与应力耦合数值分析及工程应用

随着我国民经济的飞速发展,土木工程的规模日益增大,工程岩体在渗流与应力相互作用下动态平衡体系中的变形及稳定是许多工程学科面临的共同问题。据统计,90%以上的岩石边坡破坏与地下水渗透力有关,60%的矿井事故与地下水的作用有关,30~40%的水电工程大坝失事是由渗透作用引起的。可见,裂隙岩体渗流与应力耦合分析是岩体力学界一个很有意义但又十分复杂的课题,近年来,岩体渗流与应力(应变)耦合作用研究已成为岩体力学领域的热点之一。描述裂隙水流运动规律的立方定律是建立在平行板裂隙模型基础上得出的,本文以岩体水力学为基础,推导单裂隙非稳定流和变隙宽锲形裂隙渗流计算公式,提出单裂隙渗流系统对裂隙壁的剪切作用并给出了剪切力的计算公式。综述了裂隙岩体渗流分析与力学分析的各类数学模型,对于非双重介质模型—等效连续介质模型和离散裂隙网络模型分别给出了它们的有限元模拟公式,还进一步给出了结合上述两种模型优点的适用于复杂裂隙岩体的耦合统一模型。裂隙岩体渗流与  (本文共82页) 本文目录 | 阅读全文>>

山东大学
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基于DDA的裂隙岩体水力耦合研究

当前,国内外岩体工程发展迅速,越来越多的能源、交通、矿山、水利和国防工程建造在岩石地区,其工程设计、施工、稳定性评价和岩体加固等直接依赖于对岩体的强度、变形、渗透性及破坏规律等特征的研究。裂隙岩体由于参数的随机性、模糊性以及赋存环境的复杂性使得岩体中的地下水运动具有不连续性,渗透具有非均质性和各向异性。而岩体裂隙作为岩体的主要渗透通道,显著地受应力环境的影响。众所周知,由于工程的开挖,工程荷载施加于岩体之上,改变岩体内部应力场的分布,使得岩体发生变形或破坏。岩体变形或破坏又使得岩体中地下水的渗透特性发生变化。相应地,岩体渗透特性的变化又进一步改造着岩体应力场,从而体现了两场之间的耦合关系。岩体应力场与渗流场的相互作用,影响和决定工程体的稳定性、工程的正常运转、工程活动的安全性及工程的造价高低等。国内外重大失事事故说明研究人类工程作用力、岩体地应力及地下水渗透力相互作用的重要性。目前,裂隙岩体渗流与应力耦合研究已成为众多学者致力挑...  (本文共157页) 本文目录 | 阅读全文>>

西安理工大学
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岩体离散裂隙网络非稳定渗流场与应力场耦合分析

裂隙岩体渗流场与应力场耦合研究是岩体力学中一个很有意义的课题。裂隙岩体渗流特性主要由岩体裂隙网络结构决定。裂隙隙宽的改变引起对裂隙渗流的影响,而渗流场变化反过来引起岩体应力场变化,即为渗流与应力的耦合作用。本文在充分认识国内外岩体渗流应力耦合研究发展及现状的基础上,对裂隙岩体渗流场与应力场相互作用等进行研究。渗流场数值分析采用离散裂隙网络法,应力场数值分析采用有限元法,运用双场迭代法进行裂隙岩体非稳定渗流场与应力场耦合分析。研究成果主要有以下几个方面:1、裂隙岩体渗流应力耦合模型研究。以现有岩体渗流应力耦合计算模型,分析各种数学模型的优缺点及其适用范围。吸收现有岩体力学在该领域的研究成果,分析应力与隙宽、渗透力等之间的关系,建立耦合分析模型。2、用离散裂隙网络法对裂隙岩体渗流场进行非稳定渗流分析。对裂隙岩体渗流场运用离散裂隙网络法,在裂隙等开度和不等开度两种不同情况下进行了非稳定渗流数值分析。岩体中的裂隙是根据裂隙各种参数的概率...  (本文共106页) 本文目录 | 阅读全文>>

中南大学
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裂隙岩体应力—损伤—渗流耦合理论、试验及工程应用研究

裂隙岩体内部富含各种缺陷,包括微裂纹、孔隙以及节理裂隙等宏观非连续面,这些存在的缺陷不但大大地改变了岩体的力学性质,而且也严重影响着岩体的渗透特性,因而裂隙岩体具有复杂的力学特性和渗透特性。应力-损伤-渗流耦合是指裂隙中的渗流水压力加剧岩体裂隙的起裂、扩展、贯通,导致岩体中应力场和损伤场的改变;而岩体应力的改变和岩体裂隙的损伤扩展,又导致裂隙岩体渗透特性变化,进而改变渗流场的分布。本文重点研究了裂隙岩体的应力-损伤-渗流耦合过程,揭示了岩体裂隙在应力-损伤-渗流耦合状态下裂隙的起裂、扩展、贯通规律,探求了裂隙岩体在应力-损伤-渗流耦合状态下由于其裂隙的扩展贯通而导致破坏的机理,进而揭示了含水裂隙岩体失稳破坏的原因。该耦合理论在预防采矿工程中的矿井突水、水利水电工程中的大坝失稳破坏以及水下隧道工程突(涌)水等方面有着广泛的应用前景。本文结合国家重点基础研究发展973计划项目(2007CB209402:矿井突水的动力学特征及控制因素...  (本文共197页) 本文目录 | 阅读全文>>

东北大学
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岩石破裂过程渗透性质及其与应力耦合作用研究

地下水渗流场和应力场的相互作用和影响称之为渗流与应力耦合。工程岩体在这些因素构成的动态平衡体系中的变形、破坏及其稳定性是许多工程学科面临的共同问题。渗流与应力耦合作用使得岩石的破裂机制十分复杂,这一问题的研究具有更普遍的理论意义和更接近实际的应用价值。为了分析细观结构特性变化引起渗透性演化对宏观力学行为的影响,并进行渗流应力耦合作用下岩石破裂机制的研究,本文基于细观损伤力学和Biot经典渗流力学,建立了岩体损伤非线性本构方程和渗透率关系模型,开发出岩石破裂过程渗流-应力耦合分析系统(Coupling System of Flow & Solid in Rock Failure Process Analysis简称F-RFPA2D),拓宽了原有程序RFPA2D的研究领域。这个系统能够对裂纹的萌生、扩展过程中渗透率演化规律及其渗流-应力耦合机制进行模拟分析,把流固耦合问题的研究从应力状态分析深入到破坏过程分析之中。本文围绕岩石破裂过...  (本文共222页) 本文目录 | 阅读全文>>

西安科技大学
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带压开采下底板渗流与应力耦合破坏突水机理及其工程应用

近年来,随着董家河煤矿开采深度的增加,开采环境日趋复杂,水压、地应力等不断增大,太原组下部煤层开采受到奥陶纪灰岩承压水的威胁将更加突出,如何有效预防和控制底板奥灰岩溶水害问题已变得十分迫切和重要。本文围绕带压开采条件下煤层底板突水的影响因素分析、采动支承压力和承压水压力数学模型的建立、流固耦合数值模型的建立、底板隔水层突水危险区域等级划分、底板注浆改造工程设计依据等科学问题,综合运用理论分析、数值模拟、现场测试及实验室试验等技术途径,对渗流与应力耦合作用下底板采动破坏特征及突水机理展开了全面系统的研究,并取得了如下成果:(1)在分析董家河煤矿工程地质、水文地质及以往突水资料的基础上,系统研究了影响董家河煤矿5号煤层底板突水的主要因素,即奥灰岩含水层水头高度、含水层富水性、底板隔水层岩性、岩层组合特征、地质构造以及矿山压力等,董家河煤矿5号煤层底板突水是这些因素共同作用的结果,在这些影响因素中,地质构造和奥灰水头高度是主导因素、奥...  (本文共136页) 本文目录 | 阅读全文>>