《滲流-應力耦合作用下岩石三維充填裂隙的擴展機理研究》是依託山東科技大學，由李廷春擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：滲流-應力耦合作用下岩石三維充填裂隙的擴展機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李廷春
- 依託單位：山東科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
天然岩體中的裂隙被介質充填和含水是一種較為普遍的現象，充填物對裂隙的擴展和滲流有重要的影響，裂隙水的存在會大大加速裂隙的擴展，而且裂隙的擴展和滲流相互促進。目前，充填物對裂隙擴展的影響研究多關注裂隙面之間的摩擦效應，滲流-應力耦合作用下裂隙擴展的試驗、理論、模擬有待進一步完善。本項目採用室內試驗、理論分析和數值計算相結合的方法，系統研究岩石三維充填裂隙在滲流-應力耦合作用下的擴展機理。利用真實岩石通過切割、粘結技術製作含三維裂隙的試件，藉助CT實時掃描技術，進行全應力-應變過程滲流試驗，研究岩石三維表面和內置充填裂隙在滲流-應力耦合作用下的起裂條件、擴展模式、岩橋貫通及其相應的力學機制；考慮多種損傷機制，建立滲流-應力耦合作用下可考慮三維裂隙相互作用及有效反映充填介質的裂隙岩體斷裂損傷模型和損傷演化方程；通過數值計算模擬三維裂隙擴展、岩橋貫通等動態演化過程，揭示裂隙不同擴展現象的潛在機制。
結題摘要
本項目採用室內試驗、理論分析和數值計算相結合的方法，系統研究了滲流-應力耦合作用下岩石三維表面、內置、通透裂隙的起裂、擴展以及岩橋貫通過程，得到了不同裂隙的不同擴展模式，獲得了滲流、充填作用對裂隙擴展與岩橋貫通模式的影響規律，取得了裂隙的起裂強度、擴展角度、最終長度和含不同裂隙試件的破壞強度等一系列重要參數。滲透水壓影響方面，恆定圍壓10MPa、滲透水壓由2↗8MPa時，不同裂隙均以翼裂紋率先擴展，相較於無水壓狀態，起裂強度的削弱幅度由8.2%～16.3%，起裂角度由17°～28°，翼裂紋最終擴展長度為預製裂隙長度的0.8～1.4倍，試件破壞強度的削弱幅度由8.6%～19.3%；而反翼裂紋擴展與岩橋貫通模式受滲透水壓影響不明顯。充填物影響方面，恆定圍壓與滲透水壓時，相較於無充填情況，充填裂隙的翼裂紋起裂強度提升了9.6%～12.9%，起裂角變化不明顯，但擴展長度增長了近一倍；充填物對反翼裂紋長度的影響不大，對起裂角的提升範圍為4°～11°，對試件破壞強度的提升範圍為3.3%～7.1%。此外，除翼裂紋和反翼裂紋的擴展之外，充填裂隙的擴展還出現了與預製裂隙面交叉的剪下裂紋；充填物對岩橋貫通模式的影響主要體現在，非充填裂隙岩橋部位的擴展以翼裂紋與反裂紋的連通為主，而充填裂隙在岩橋部位則出現了明顯的壓剪破裂區。以雙重介質理論和流固耦合理論為基礎，充分考慮裂隙岩體的初始損傷、裂隙擴展等損傷機制，結合滲透係數演化方程，推導了滲流-應力耦合作用下裂隙岩體的損傷演化柔度張量，並建立了滲流-損傷耦合模型。將本構模型程式化後嵌入FLAC3D軟體，模擬了裂隙在滲流-應力耦合作用下的擴展機理。數值模擬結果顯示，滲流-應力耦合狀態下裂隙的起裂以翼裂紋開始且時間較早，起裂處位於明顯的拉剪應力集中區；而反翼裂紋的擴展則由壓剪應力導致，擴展期約為抗壓強度的80%，擴展長度也明顯超過翼裂紋，隨著試件的破壞而結束擴展。數值模擬再現了裂隙擴展的過程，裂隙擴展形態與試驗結果取得了較高的吻合度。
