冻结条件下平行双裂隙岩体力学特性试验研究

裂隙是影响工程岩体稳定的重要因素,而平行双裂隙是一种重要的裂隙分布形式,基于已有的研究成果,开展一系列平行双裂隙类岩石三轴压缩试验,研究裂隙产状对平行双裂隙岩体力学性质和破坏形态的影响。试验结果表明:平行双裂隙岩体强度、弹性模量和泊松比受迹长和迹长比共同影响,受裂隙间距影响较小,随倾角增大,先减小后增大;倾角<30°时,破裂面起始于裂隙端部贯穿岩桥,并沿最大主应力方向发展,倾角在30°~60°之间时,沿其中一条裂隙剪切破坏。迹长和迹长比较小时(贯通率<25%,迹长比<2.5),破坏形态与裂隙无关;迹长较大(贯通率>75%),迹长比较小时(迹长比<1),破坏形态取决于长裂隙;迹长介于两者之间时(贯通率25%~75%),迹长比接近1时,受两条裂隙共同影响。

含密实填充物的平行双裂隙岩体模型渗透特性试验研究

针对含填充物的双裂隙岩体,利用惰性气体渗透测试系统,在一次围压加卸载下对试样进行渗透率和孔隙度的精确测量,研究了裂隙中填充物及交界面渗透特性随裂隙间距变化的规律。结果表明,单裂隙与双裂隙试样渗透率随围压变化规律大致相同;在加载阶段,随着裂隙间距的减小,裂隙之间的相互作用增大,孔隙度随围压减小的更为显著,而单裂隙孔隙度随围压变化最不明显;随着裂隙间距的增大,各试样渗透率相应减小,而由于单裂隙试样比双裂隙试样缺少两个渗透交界面,因此其渗透率在低围压下远小于双裂隙试样。

基于XFEM的双裂隙岩体冻胀裂纹扩展数值模拟研究

为研究冻胀荷载对双裂隙岩体裂纹扩展及贯通机制的影响,文章基于扩展有限元法(extended finite element method,XFEM),分析冻胀力作用下不同岩桥参数双裂隙试样的裂纹扩展特征和破坏形式,探究在冻胀力和侧向卸荷共同作用下双裂隙试样的裂纹扩展贯通规律。结果表明:基于XFEM的数值模拟结果与试验中的裂纹扩展路径基本吻合,验证了XFEM能够有效地应用于双裂隙岩体的裂纹扩展模拟;非岩桥区冻胀裂纹的扩展方向与预制裂隙走向相同,而岩桥区裂纹的扩展方向受到冻胀应力的影响,裂纹扩展方向偏向于另一条预制裂隙位置;冻胀裂纹的扩展模式受到围压的影响,随着围压增加,侧向卸荷过程中裂纹扩展模式由拉张模式变成拉剪混合模式,裂纹扩展方向也发生偏转。研究方法和结果可为低温裂隙岩体裂纹扩展相关研究提供参考。

花岗岩双裂隙热-流耦合参数敏感性

为研究岩体热物性参数对渗流传热结果的影响,本文基于离散元3DEC软件,建立了平行双裂隙的热-流耦合数值模型,通过与解析方法进行对照,验证了数值模型的准确性。基于数值模型,研究了不同参数下岩体温度场的分布特征。结合正交试验法,对影响热-流耦合的各参数进行了敏感性分析。结果表明:数值解与解析解的最大误差为3.45%,在合理区间内,表明用该模型研究裂隙中的水流传热问题结果准确可靠。模型运行24 h后,不同方案下裂隙进水口和出水口的温度有所不同,说明不同参数对渗流传热的影响不同。沿裂隙流体流动方向,模型温度对试验参数的敏感程度呈减小趋势,其中裂隙进水口(B点)处岩体比热容、流体速率和裂隙开度极差值分别为10.25、13.80、13.25,说明岩体比热容、流体速率和裂隙开度是影响热-流耦合模型温度的主要因素;而岩体热传导率和流体-岩石传热系数极差值分别为6.53和4.66,表明岩体热传导率和流体-岩石传热系数对模型温度的影响较小。