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257

作者：

王肖珊

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摘要：

岩体裂隙在天然岩体中无处不在,裂隙岩体的变形,强度,以及渗透性问题直接影响到岩土工程的施工,运营,维护等问题.目前,国内外对裂隙岩体的渗透性以及性状等方面的研究已经比较系统,然而对裂隙岩体的渗透规律以及其在工程实际中应用的并不多.此外,天然岩体作为一种复杂的地质结构,其主要的渗透特性由岩体分布的裂隙分布密度,裂隙节理迹长,倾角,等因素共同决定.在研究裂隙岩体的渗透性规律的过程中,将分形维数作为描述岩体裂隙几何分布的一个衡量标准,从而得到等效渗透特性与分形维数之间的关系. 在本文的研究中,利用离散元软件UDEC,以蒙特卡洛随机法为基础,建立随机分布的二维离散元裂隙网络模型.通过对模型施加两类相互垂直的,独立的线性边界条件,计算分析已建立的岩体裂隙网络的渗透特性. (1)基于蒙特卡罗法,利用已知的岩体裂隙几何参数,如产状,间距,密度,开度等已知的参数,建立离散岩体裂隙网络.同时,对已建立的裂隙网络模型施加边界条件,进行渗透性计算. (2)通过数值计算该裂隙网络在各个方向上的等效渗透系数,从而确定此裂隙网络的合理的代表单元体积REV.在此计算的过程中,不考虑力学作用的影响,因此方向上的等效渗透系数在0.以及180.时是相等的.各方向的等效渗透系数可以通过各个旋转模型进行求出.随着岩体裂隙网络边长尺寸的增加,裂隙岩体的等效渗透系数趋近于一个常数,本文中,当岩体裂隙网络的边长尺寸超过40m时,裂隙岩体的等效渗透系数趋于不变,即该裂隙网络模型合理的REV尺寸为40m. (3)根据等效渗透系数的计算结果,在极坐标系中,运用最小二乘法,将方向等效渗透系数的对应值拟合成椭圆,即渗流椭圆,通过对渗流椭圆的计算得到相应的渗透张量以及相应的渗流主值,渗流方向. (4)分形维数作为描述岩体中裂隙分布情况的衡量标准,与岩体中裂隙分布的诸多参数有关,如岩体裂隙的分布密度,岩体裂隙节理迹长等.在本文中,通过对裂隙网络的分形特性的研究,寻找裂隙网络分形维数与相应的等效渗透系数之间的关系.计算中,通过改变岩体裂隙网络中裂隙的分布密度,从而改变此裂隙网络的分形维数,同时,利用盒子法裂隙网络的分形维数进行计算.采用盒子法进行对分形维数的计算.计算结果表明,随着岩体中裂隙分布密度的增加,其分形维数及等效渗透系数相应地增加,且裂隙岩体的等效渗透系数以及分形维数的关系趋向于二阶线性关系.

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关键词：

裂隙岩体 等效渗透性 代表单元体(REV 离散裂隙网络(DFN 分形维数

DOI：

10.7666/d.Y2594485

被引量：

3

年份：

2014