岩石破裂过程渗透性质及其与应力耦合作用研究

被引：0

作者：

杨天鸿

机构：

[1] 东北大学

关键词：

破坏过程; 渗透特性; 渗流-应力耦合; 渗透率突跳系数; 裂纹; 损伤力学; 非均匀性; 数值模拟; 相互作用; 孔隙水压;

D O I：

暂无

年度学位：

2001

学位类型：

博士

导师：

郑雨天; 唐春安;

摘要：

地下水渗流场和应力场的相互作用和影响称之为渗流与应力耦合。工程岩体在这些因素构成的动态平衡体系中的变形、破坏及其稳定性是许多工程学科面临的共同问题。渗流与应力耦合作用使得岩石的破裂机制十分复杂,这一问题的研究具有更普遍的理论意义和更接近实际的应用价值。为了分析细观结构特性变化引起渗透性演化对宏观力学行为的影响,并进行渗流应力耦合作用下岩石破裂机制的研究,本文基于细观损伤力学和Biot经典渗流力学,建立了岩体损伤非线性本构方程和渗透率关系模型,开发出岩石破裂过程渗流-应力耦合分析系统(Coupling System of Flow & Solid in Rock Failure Process Analysis简称F-RFPA2D),拓宽了原有程序RFPA2D的研究领域。这个系统能够对裂纹的萌生、扩展过程中渗透率演化规律及其渗流-应力耦合机制进行模拟分析,把流固耦合问题的研究从应力状态分析深入到破坏过程分析之中。本文围绕岩石破裂过程中渗透性的演化规律及其渗流-应力耦合作用机理这一课题,开展以下方面的研究工作: 1.对经典Biot渗流力学做了进一步的考察,揭示建立耦合渗流方程的主要假设,讨论了各种渗流与应力耦合方程及数学模型的适用条件,通过岩石应力应变-渗透率全过程实验研究和不同深度岩体渗透率工程试验研究,分析了连续介质模型耦合渗流方程参数的物理意义、适用性、测试方法。基于逾渗理论,通过引入突跳系数这一概念,首次提出了描述岩体破坏过程中渗透率演化规律的渗流应力耦合方程。 2.秉承RFPA2D关于岩石材料的细观非均匀性的基本思想,在统计损伤理论基础上,提出了描述岩石破裂损伤过程的渗透-应力耦合模型和数值方法,建立了流固耦合的基本方程和有限元方程,设计出耦合迭代循环求解的算法。在原有的RFPA2D程序基础上,开发出渗流与应力耦合数值模拟软件F-RFPA2D。通过实例验证,表明软件的计算结果较为可靠。 3.依照相关资料,模拟分析了在孔隙水压力作用下,含孔洞、裂纹和颗粒等非均匀介质岩石的破坏过程,不仅与试验结果较为一致,而且能够通过应力场和渗流场的图形显示观

引用

页数：222

共 93 条

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