岩石中三维单裂隙扩展过程的试验研究和数值模拟

采用一种新型的透明性和脆性度良好的非饱和树脂材料,制作了一组含有不同倾角椭圆形三维内置单裂隙的试样。研究了单轴压缩条件下单裂隙的扩展与贯通过程,分析探讨其产生的条件和机理。试验结果表明:三维单裂隙试件破坏过程大致经历4个阶段。三维单裂隙的断裂比二维断裂复杂得多,产生多种不同形态的裂纹,如鱼鳍状裂纹、花瓣形裂纹等。在FLAC^(3D)软件框架内还建立了一种新的弹脆性破坏本构关系和分析法,并采用超细单元划分法建模,用以模拟三维裂隙扩展。数值模拟结果与本文和前人的三维裂隙试验对照,相符程度均良好,表明了新的数值模拟方法的有效性。当推广到双轴压缩试验模拟时,也与前人相关试验结果有很好的一致性。

基于分维数的三维单裂隙注浆体流动数值模拟研究

为了研究单裂隙中注浆体扩散的速度特征,结合裂隙岩体的分维数特性,构建与真实裂隙一致的三维单裂隙模型。通过不同的分维数构建不同形态的单裂隙模型。运用COMSOL Multiphysics模拟不同水灰比的注浆体在单裂隙中的流动速度特征。结果表明:扬程一定时,单裂隙的三维形态和注浆体的水灰比是影响浆体流动速度的重要因素。当分维数一定时,注浆体的水灰比越大,其扩散的流动速度越大,呈非线性增加。随着扩散距离的增加,其流动速度呈非线性降低,且下降速率逐渐减小。当扩散到一定距离后,流动速度趋于一个稳定值。水灰比越大,其流动速度的下降速率相对较小。随着分维数的增加,三维单裂隙模型的裂隙面越平整,其浆体流动速度越大。