巖體水力劈裂基本理論與方法初步研究.pdf

1、巖體水力劈裂是20世紀(jì)50年代石油、天然氣行業(yè)推出的一項(xiàng)新技術(shù)。水力劈裂會帶來工程構(gòu)筑物的破壞，甚至造成災(zāi)難，如礦井突水、深埋地下洞室施工中的涌水，高壩及抽水蓄能電站壩體和壩基水力劈裂、高邊坡在地下水滲流作用下的誘導(dǎo)滑動(dòng)等。這些都屬于水力劈裂問題。因此認(rèn)識水力劈裂的機(jī)理，避免或減小其危害是一個(gè)值得研究的課題。 本文以已有的水力劈裂理論為基礎(chǔ)，以天荒坪抽水蓄能電站高壓滲透試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，用巖石力學(xué)、流體力學(xué)、地下水動(dòng)力學(xué)及線彈性斷

2、裂力學(xué)的理論及方法來研究水力劈裂過程中裂隙的發(fā)生、發(fā)展過程，以及在該過程中裂隙的滲透性規(guī)律。從而得出以下結(jié)論： (1)在彈塑性力學(xué)的范疇內(nèi)，提出基于應(yīng)變的巖體破壞模式，并探討了判別準(zhǔn)則，認(rèn)為巖體的破壞具有拉和剪兩種形式。由于具體的承載條件和約束條件不同，巖體破壞時(shí)，可能是以某一種(拉或剪)形式破壞，也可能以兩種破壞形式并存發(fā)生。通過實(shí)例計(jì)算認(rèn)為裂隙的擴(kuò)展一般屬于II型裂紋問題。 (2)對高壓滲透試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，根據(jù)不

3、同的P～Q關(guān)系曲線得到，呈相對閉合的裂隙明顯存在臨界水頭壓力，而具有一定開度的裂隙則不然；隨著水頭壓力的增大，巖體的滲流性態(tài)漸趨敏感；而在較高水頭壓力的持續(xù)作用下，巖體的允許水力坡降值則有減小之勢。 (3)通過對水力劈裂過程中裂隙開度變化的靈敏度分析得出，裂隙開度的增量Δb*分別與σ3、水壓P呈現(xiàn)很好的線性關(guān)系，與σ1、裂隙基本摩擦角ψb、β(裂紋長軸方向與最大主應(yīng)力的夾角)的線性關(guān)系不明顯。 (4)通過PKN和KGD模