【摘 要】
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随着地下工程的蓬勃发展,高致密岩石渗流-应力耦合特征研究已成为诸多学者关注的热点。其具有强度高、低渗透等特点,是储存库的理想围岩,但地质演化和施工作用会使其产生破裂面,影响工程稳定。基于此,本文针对完整灰岩和含破裂面灰岩开展了渗流-应力耦合试验,揭示了其在渗流-应力耦合作用下的力学特征和渗透特征,同时利用声发射系统同步监测,分析了声发射特征及其与渗透特征的响应关系,并结合损伤理论,建立了含破裂面灰
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随着地下工程的蓬勃发展,高致密岩石渗流-应力耦合特征研究已成为诸多学者关注的热点。其具有强度高、低渗透等特点,是储存库的理想围岩,但地质演化和施工作用会使其产生破裂面,影响工程稳定。基于此,本文针对完整灰岩和含破裂面灰岩开展了渗流-应力耦合试验,揭示了其在渗流-应力耦合作用下的力学特征和渗透特征,同时利用声发射系统同步监测,分析了声发射特征及其与渗透特征的响应关系,并结合损伤理论,建立了含破裂面灰岩渗流-应力耦合作用下的损伤本构模型。主要研究内容及成果如下:（1）含裂面灰岩和完整灰岩的变形与强度特征均具有显著的围压强化效应和水压弱化效应。围压能够有效提高含破裂面灰岩和完整灰岩的弹性模量和强度,限制横向变形和扩容;而水压作用下,弹性模量和强度随水压升高而降低,泊松比随水压升高而增大,扩容破坏特征显著;水压对强度和变形的弱化作用随围压升高而减弱,含破裂面灰岩在静水压作用下的变形和强度弱化程度高于动水压作用,其力学特征与围压和水压差值密切相关。（2）含破裂面灰岩和完整灰岩变形过程中渗透率变化规律与应力-应变特征密切相关。完整灰岩渗透率随应力-应变曲线呈阶段性变化,渗透率最小点出现于扩容点之前,渗透率峰值滞后于应力峰值;含破裂面灰岩渗透率随应力-应变曲线的变化趋势与完整灰岩相反,其渗透率随应变的增大而减小,并在峰值应力附近平稳。含破裂面灰岩的渗透率随围压升高呈指数函数降低,而随渗透压升高成幂函数增大,渗透率与围压和渗透压差值呈正相关关系。（3）含破裂面灰岩和完整灰岩变形过程中声发射演化规律具有明显阶段特征,且与渗透率变化规律具有响应关系。完整灰岩和含破裂面灰岩声发射特征均经历了沉静、相对稳定、稳定增长和加速增长4个阶段;完整灰岩在声发射稳定增长阶段前的渗透性差,渗透率变化较小,声发射加速增长阶段的渗透率突增后快速减小至最终稳定;含破裂面灰岩渗透率随声发射参数的增长持续减小,并在声发射加速增长阶段趋于稳定。（4）基于渗流-应力耦合下完整灰岩和含破裂面灰岩力学特征分析,结合Weibull分布理论和Mohr-Coulomb强度准则,引入安全系数对损伤变量进行修正,建立了考虑渗透压和有效围压的损伤本构模型,并通过试验结果验证,所建立的模型能够很好地描述含破裂面灰岩的本构关系。
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