裂隙表面幾何形態(tài)對(duì)裂隙介質(zhì)力學(xué)、水力學(xué)特性的影響規(guī)律研究.pdf

1、單裂隙介質(zhì)的力學(xué)、水力學(xué)、水一力耦合問(wèn)題是巖體工程中的基本科學(xué)問(wèn)題，不同尺度條件下裂隙介質(zhì)有著不同的工程特性，在表征體元(RVE)尺度下裂隙的力學(xué)、滲流與水一力耦合特性主要受裂隙表面幾何形態(tài)影響，其工程性質(zhì)與斷層、節(jié)理等長(zhǎng)大裂隙有明顯不同。本論文試圖從對(duì)裂隙的三維幾何形態(tài)進(jìn)行細(xì)觀(guān)離散化入手，利用隨機(jī)分形函數(shù)描述裂隙介質(zhì)細(xì)觀(guān)幾何形態(tài)，通過(guò)修正三維粗糙度表征理論提出了3個(gè)參數(shù)表征裂隙面粗糙性，探索研究了裂隙粗糙度對(duì)RVE尺度裂隙的力學(xué)與滲流

2、特性以及水．力耦合機(jī)理與關(guān)系的影響規(guī)律。本文的主要工作如下： 1．利用隨機(jī)分形函數(shù)的分形變量λ、D分別描述幾何形態(tài)的一級(jí)起伏度與高次起伏度，表征裂隙介質(zhì)細(xì)觀(guān)幾何形態(tài)與細(xì)觀(guān)幾何參量；在修正三維粗糙度表征理論中缺乏裂隙幾何形態(tài)與力學(xué)聯(lián)系的基礎(chǔ)上，提出了分別表征裂隙介質(zhì)的平均傾斜角、有效傾斜角、傾斜角的不均勻系數(shù)的三維表面粗糙度參數(shù)JRC、三維剪切方向的平均傾斜角θ，表觀(guān)各項(xiàng)異性系數(shù)κ<,a>；分析探討了粗糙度與分形參數(shù)的關(guān)系以及裂隙

3、細(xì)觀(guān)隙寬分布與裂隙粗糙度的關(guān)系。 2．基于細(xì)觀(guān)變形機(jī)制，在裂隙介質(zhì)三維幾何形態(tài)細(xì)觀(guān)離散化表征的基礎(chǔ)上，定義了裂隙介質(zhì)的細(xì)觀(guān)機(jī)械隙寬，并將裂隙介質(zhì)的變形過(guò)程簡(jiǎn)化假定為一系列裂隙離散細(xì)觀(guān)點(diǎn)的兩棱錐頂點(diǎn)接觸變形行為。在假定細(xì)觀(guān)變形行為方式的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了裂隙介質(zhì)在彈性條件下的細(xì)觀(guān)機(jī)械隙寬與細(xì)觀(guān)法向變形、剪切變形的關(guān)系；提出了基于裂隙細(xì)觀(guān)變形機(jī)理的宏觀(guān)力學(xué)行為的數(shù)值模擬方法，并運(yùn)用本模擬方法研究了粗糙度對(duì)裂隙介質(zhì)的法向變形、剪脹剪切變形

4、、不剪脹剪切變形力學(xué)性質(zhì)的影響。 3．將裂隙介質(zhì)的滲流過(guò)程假定為水在相互連通的一系列細(xì)觀(guān)水力隙寬不等的有限長(zhǎng)光滑平板裂隙中流動(dòng)，提出了基于裂隙細(xì)觀(guān)滲流模型的宏觀(guān)滲流過(guò)程的數(shù)值模擬方法。并應(yīng)用本模型研究了不同粗糙度裂隙在不同閉合面積比下對(duì)裂隙滲流中水力梯度、流量、與流線(xiàn)矢量場(chǎng)的影響規(guī)律。 4．運(yùn)用本文提出的基于裂隙細(xì)觀(guān)力學(xué)與滲流模型的宏觀(guān)變形與滲流過(guò)程的數(shù)值模擬方法，進(jìn)行了RVE尺度下裂隙介質(zhì)不同粗糙度下裂隙介質(zhì)水．力耦合