淺談裂隙巖體滲流與應(yīng)力耦合的問(wèn)題

1、裂隙巖體滲流與應(yīng)力耦合淺析裂隙巖體滲流與應(yīng)力耦合淺析匡坤華（遼寧工程技術(shù)大學(xué)采礦工程阜新123000）摘要摘要：針對(duì)巖體在滲流與應(yīng)力相互作用下動(dòng)態(tài)平衡體系中的變形及穩(wěn)定，提出了裂隙巖體滲流與應(yīng)力耦合的研究課題問(wèn)題，結(jié)合巖體滲流的特性，分析了裂隙巖體應(yīng)力與應(yīng)變對(duì)滲透系數(shù)的影響情況，然后對(duì)裂隙巖體滲流插和應(yīng)力場(chǎng)藕合作用及反演分析的思想和方法進(jìn)行了論述，最后對(duì)目前裂隙巖體滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)耦合的研究進(jìn)展和存在的問(wèn)題進(jìn)行了介紹。關(guān)鍵字：關(guān)鍵字：裂隙

2、巖體；滲流；耦合；反演分析stresscouplinganalysisofseepageflowinfracturedrockmassKUANGKunhua(SchoolofLiaoningTechnicalUniverstyMiningengineeringFuxin123000)Abstract:rockmassinteractionintheseepagestressthedynamicbalancesystemthedefmat

3、ionstabilityofthefracturedrockmassproposedcouplingofseepagestressresearchissuescombinedwiththeacteristicsofrockseepageanalysisofthefracturedrockmassstressstrainonthepermeabilitycoefficientofthesituationthenfracturedrockc

4、oupledseepagestressfieldoftheroleofioninversionanalysisofideasmethodsarediscussedfinallythecurrentfracturedrockmassseepagefieldstressfieldofresearchprogressthereisTheproblemisintroduced.Keywds:Fracturedrock；seepage；coupl

5、ing；backanalysis隨著我國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，工程巖體在滲流與應(yīng)力相互作用下動(dòng)態(tài)平衡體系中的變形及穩(wěn)定是許多工程學(xué)科面臨的共同問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，90％以上的巖石邊坡破壞與地下水滲透力有關(guān)，60％的礦井事故與地下水的作用有關(guān)，30%～40％的水電工程大壩失事是由滲透作用引起的?？梢?jiàn)，裂隙巖體滲流與應(yīng)力耦合分析是巖體力學(xué)界一個(gè)很有意義但又十分復(fù)雜的課題，近年來(lái)，巖體滲流與應(yīng)力(應(yīng)變)耦合作用研究已成為巖體力學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。1巖體滲

6、流的特征1.1滲流的各向異性巖體的滲流各向異性是指巖體在各個(gè)方向的上的滲透特性各不相同，通常用滲透張量來(lái)表示，不連續(xù)面的成組性和空間展布的不均勻性是造成滲流各項(xiàng)異性的主要原因，通常在節(jié)理裂隙密集的方向上，巖體的滲透性占主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)。1.2滲流的不均勻性巖體的滲流非均勻性是指巖體空間系統(tǒng)內(nèi)不同位置的滲透系數(shù)大小不同，即滲透系數(shù)是坐標(biāo)的空間函數(shù)。對(duì)于多孔介質(zhì)及準(zhǔn)多孔介質(zhì)，巖體的滲流不均勻性主要是孔隙和節(jié)理裂隙分布差異造成的，宏觀上巖體滲流的不均

7、勻性主要是不連續(xù)面的發(fā)育程度的差異造成的。。1.3滲流的非飽和性由于粗糙程度和開(kāi)度的差異，不連續(xù)面不同部位的滲透特性可能相差很大，有些部位成為氣封閉域，致使?jié)B徑復(fù)雜化，而開(kāi)度大的部位就成為優(yōu)勢(shì)滲流主槽。一些勘探表明，雖然處于地下水位以下，但有的裂隙內(nèi)仍然是干燥或僅有少量裂隙滲水，這說(shuō)明巖體處于非飽和狀態(tài)。巖體滲流的非飽和性是流體通過(guò)裂隙時(shí)流動(dòng)的重要特征。2裂隙中滲流與應(yīng)力耦合分析2.3一種滲流系數(shù)與耦合的關(guān)系在總結(jié)他人工作的基礎(chǔ)上，有人

8、采用了采用連續(xù)介質(zhì)模型，以立方定律和Biot經(jīng)典耦合方程為基礎(chǔ)，同時(shí)考慮三個(gè)主應(yīng)力的影響，以應(yīng)力第一不變量I1和孔隙水壓力作為滲透率的函數(shù)，即根據(jù)有效應(yīng)wp力原理，提出考慮應(yīng)力對(duì)滲流的影響的耦合方程：1()0()12nwllpgkpeevc??????K為滲透系數(shù)；為孔隙水壓力，為孔隙水壓力系數(shù)和應(yīng)力耦合系數(shù)；n為求解問(wèn)題的維數(shù)，一維問(wèn)題“=1，wP??、二維問(wèn)題H=2，三維問(wèn)題n=3。得出的應(yīng)力一滲透率關(guān)系方程反映了巖體的滲透系數(shù)隨法

9、向應(yīng)力的增大而減小，當(dāng)應(yīng)力增大到一定值，滲透系數(shù)趨向一個(gè)穩(wěn)定值，耦合關(guān)系方程基本反應(yīng)了滲流與應(yīng)力耦合特性。耦合關(guān)系是以主應(yīng)力和孔隙水壓力作為基本變量，反應(yīng)了滲流與應(yīng)力的耦合非線性關(guān)系。優(yōu)點(diǎn)：其它的耦合關(guān)系一般是建立以法向應(yīng)力為基本變量的滲透系數(shù)函數(shù)，本文得出的應(yīng)力一滲透率關(guān)系方程是以三個(gè)主應(yīng)力為基本變量的方程，能反應(yīng)三維狀態(tài)圍壓的影響：另外應(yīng)力一滲透率關(guān)系方程還考慮了孔隙水壓力的影響。3對(duì)裂隙巖體滲流和應(yīng)力場(chǎng)藕合進(jìn)行反演分析巖體的滲流特

10、性與裂隙的幾何參數(shù)特別是隙寬密切相關(guān)，而裂隙的幾何參數(shù)又會(huì)隨巖體應(yīng)力場(chǎng)變化而發(fā)生顯著改變，因此裂隙巖體滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)之間存在著強(qiáng)烈的耦合作用，己成為人們的共識(shí)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者已進(jìn)行了大量的兩場(chǎng)耦合研究工作，然而如何確定滲流、應(yīng)力及其耦合的參數(shù)一直是該領(lǐng)域研究的難點(diǎn)和關(guān)鍵問(wèn)題，曾有人提出全耦合參數(shù)靜態(tài)反演的思路，基于水頭、位移等多類型觀測(cè)資料和全耦合正分析的方法，實(shí)現(xiàn)了滲流、應(yīng)力的參數(shù)靜態(tài)反演，如此不僅能夠提高傳統(tǒng)的參數(shù)反演方法的結(jié)果可信度，

11、而且為確定這些不易直接測(cè)定的參數(shù)提供了一種有力的工具。但是在實(shí)際工程中，由于裂隙巖體滲流和力學(xué)行為的發(fā)生、發(fā)展往往是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，它隨著工程的施工、環(huán)境的變化和時(shí)間的持續(xù)在不斷變化，而且有關(guān)巖體滲流和力學(xué)行為的觀測(cè)資料往往也是若干時(shí)間序列，因此如果不考慮巖體的這種動(dòng)態(tài)行為，只通過(guò)某一時(shí)刻的觀測(cè)資料進(jìn)行反演分析即靜態(tài)反演，其反演結(jié)果在非恒定滲流場(chǎng)或者荷載與邊界條件變化的情況下將會(huì)失真，而且也不便應(yīng)用于巖體滲流和力學(xué)行為的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)。于是有必

12、要開(kāi)展基于動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料的兩場(chǎng)耦合的動(dòng)態(tài)反演方法研究，并建立裂隙巖體滲流和變形行為的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型。4結(jié)論裂隙巖體滲流與應(yīng)力(應(yīng)變)耦合研究是一個(gè)十分復(fù)雜的課題，它必須綜合考慮地下水動(dòng)力學(xué)、巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)等各個(gè)方面。巖體作為一種復(fù)雜的天然地質(zhì)體，巖體本身就是一個(gè)高度復(fù)雜的不確定和不確知系統(tǒng)，人們對(duì)其認(rèn)識(shí)存在～定的模糊性和局限性，裂隙巖體流固耦合問(wèn)題研究己開(kāi)展多年，許多學(xué)者為此做出了很大貢獻(xiàn)，但許多問(wèn)題仍未完全解決，仍需要我們繼續(xù)做進(jìn)一步的研究

13、工作：（1）目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)裂隙單裂隙滲流規(guī)律主要精力放在如何修正立方體定律上，但此定律中一些參數(shù)難以確定，為便于工程應(yīng)用，應(yīng)研究滲透性與巖體的分類指標(biāo)的相關(guān)性上，這樣也可充分利用日益先進(jìn)的測(cè)井技術(shù)成果。（2）較符合實(shí)際的雙重介質(zhì)模型和離散介質(zhì)一連續(xù)介質(zhì)模型的擬真性在一定程度上取決于流體交換項(xiàng)確定的準(zhǔn)確性，二維計(jì)算分析只能考慮某個(gè)剖面，對(duì)研究有很大的局限性，應(yīng)當(dāng)開(kāi)發(fā)三維裂隙巖體滲流與應(yīng)力的耦合分析。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]楊天鴻.巖石破裂過(guò)