裂隙表面幾何形態(tài)對裂隙介質(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)、水一力耦合問題是巖體工程中的基本科學(xué)問題，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)理等長大裂隙有明顯不同。本論文試圖從對裂隙的三維幾何形態(tài)進(jìn)行細(xì)觀離散化入手，利用隨機分形函數(shù)描述裂隙介質(zhì)細(xì)觀幾何形態(tài)，通過修正三維粗糙度表征理論提出了3個參數(shù)表征裂隙面粗糙性，探索研究了裂隙粗糙度對RVE尺度裂隙的力學(xué)與滲流

2、特性以及水．力耦合機理與關(guān)系的影響規(guī)律。本文的主要工作如下： 1．利用隨機分形函數(shù)的分形變量λ、D分別描述幾何形態(tài)的一級起伏度與高次起伏度，表征裂隙介質(zhì)細(xì)觀幾何形態(tài)與細(xì)觀幾何參量；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，表觀各項異性系數(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)觀隙寬分布與裂隙粗糙度的關(guān)系。 2．基于細(xì)觀變形機制，在裂隙介質(zhì)三維幾何形態(tài)細(xì)觀離散化表征的基礎(chǔ)上，定義了裂隙介質(zhì)的細(xì)觀機械隙寬，并將裂隙介質(zhì)的變形過程簡化假定為一系列裂隙離散細(xì)觀點的兩棱錐頂點接觸變形行為。在假定細(xì)觀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)觀機械隙寬與細(xì)觀法向變形、剪切變形的關(guān)系；提出了基于裂隙細(xì)觀變形機理的宏觀力學(xué)行為的數(shù)值模擬方法，并運用本模擬方法研究了粗糙度對裂隙介質(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)的滲流過程假定為水在相互連通的一系列細(xì)觀水力隙寬不等的有限長光滑平板裂隙中流動，提出了基于裂隙細(xì)觀滲流模型的宏觀滲流過程的數(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裂隙滲流中水力梯度、流量、與流線矢量場的影響規(guī)律。 4．運用本文提出的基于裂隙細(xì)觀力學(xué)與滲流模型的宏觀變形與滲流過程的數(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