岩体离散裂隙网络非稳定渗流场与应力场耦合分析

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裂隙岩体渗流场与应力场耦合研究是岩体力学中一个很有意义的课题。裂隙岩体渗流特性主要由岩体裂隙网络结构决定。裂隙隙宽的改变引起对裂隙渗流的影响,而渗流场变化反过来引起岩体应力场变化,即为渗流与应力的耦合作用。本文在充分认识国内外岩体渗流应力耦合研究发展及现状的基础上,对裂隙岩体渗流场与应力场相互作用等进行研究。渗流场数值分析采用离散裂隙网络法,应力场数值分析采用有限元法,运用双场迭代法进行裂隙岩体非稳定渗流场与应力场耦合分析。研究成果主要有以下几个方面:1、裂隙岩体渗流应力耦合模型研究。以现有岩体渗流应力耦合计算模型,分析各种数学模型的优缺点及其适用范围。吸收现有岩体力学在该领域的研究成果,分析应力与隙宽、渗透力等之间的关系,建立耦合分析模型。2、用离散裂隙网络法对裂隙岩体渗流场进行非稳定渗流分析。对裂隙岩体渗流场运用离散裂隙网络法,在裂隙等开度和不等开度两种不同情况下进行了非稳定渗流数值分析。岩体中的裂隙是根据裂隙各种参数的概率随机模型,用蒙特卡罗方法编制程序来进行模拟。3、对于裂隙网络岩体非稳定渗流场与应力场耦合作用,二维裂隙岩体和三维裂隙中的裂隙分别采用不同的单元进行了模拟,并编制了二维、三维非稳定渗流程序与渗流应力耦合程序,对裂隙岩体进行工程实例分析。4、裂隙岩体渗流与应力耦合作用对某高坝工程坝区岩体稳定性的影响研究。首先对裂隙岩体非稳定渗流场与应力场耦合模型的建立及其机理分析与研究,然后根据某高坝工程坝区岩体的力学参数及渗流作用情况对坝基岩体渗流应力耦合进行分析。渗流场数值分析采用离散裂隙网络法,应力场数值分析采用有限元法,并运用双场迭代法进行裂隙岩体非稳定渗流场与应力场耦合分析。结果表明在进行耦合分析时,岩体内部水头要比不考虑耦合时稍小,岩体应力偏大,且岩体内部水头的滞后效应较为明显。
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