【摘 要】
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非饱和渗流是裂隙岩体中普遍存在的现象,由于其对边坡稳定性、石油二次开采、核废料处置等工程问题均有重要影响,加之国内外上述领域的工程需求持续增加,使得裂隙岩体非饱和渗流研究成为岩土领域的热点问题。单裂隙是岩体裂隙网络的基本组成部分,因此单裂隙非饱和渗流研究是裂隙岩体非饱和渗流研究的基础,单裂隙非饱和水力参数的准确确定更是裂隙岩体非饱和渗流数值分析的关键。本文针对目前岩体单裂隙非饱和水力参数研究方面的
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非饱和渗流是裂隙岩体中普遍存在的现象,由于其对边坡稳定性、石油二次开采、核废料处置等工程问题均有重要影响,加之国内外上述领域的工程需求持续增加,使得裂隙岩体非饱和渗流研究成为岩土领域的热点问题。单裂隙是岩体裂隙网络的基本组成部分,因此单裂隙非饱和渗流研究是裂隙岩体非饱和渗流研究的基础,单裂隙非饱和水力参数的准确确定更是裂隙岩体非饱和渗流数值分析的关键。本文针对目前岩体单裂隙非饱和水力参数研究方面的不足,对单裂隙非饱和水力参数的研究现状进行了综述,在总结前人研究成果的基础上对单裂隙非饱和水力参数的物模试验测定和数值模拟确定、非饱和水力参数拟合公式推导等进行了研究。主要工作和结果如下:(1)在确认岩体裂隙非饱和渗流试验系统可靠性的前提下,对三种不同岩性的天然裂隙开展了非饱和渗流试验。试验结果表明,天然裂隙在不太高的毛细压力下便会失去大部分水分,达到残余饱和度;非饱和渗透系数随着毛细压力的增加其下降过程可分为三个阶段:平稳阶段、急速下降阶段和平缓下降阶段。通过与裂隙概化模型的对比发现,天然裂隙具有更大的残余饱和度,吸水和排水过程间的滞后现象更明显。(2)基于实测的裂隙开度分布和课题组研制的确定裂隙非饱和水力参数的FRACTURE程序对三种不同岩性的天然裂隙非饱和渗流进行了数值试验,得到了裂隙的持水曲线和非饱和渗透系数曲线。由于本文方法在生成裂隙充水区域时考虑了毛细吸持理论和“圈闭”效应,因此能模拟出裂隙吸水和排水过程间的滞后现象。将数值模拟所得的持水曲线和非饱和渗透系数曲线与物模试验结果进行了对比,发现两种方法所得的结果基本吻合。(3)基于物模试验测得的裂隙持水曲线对常用的两种拟合模型进行了对比分析,发现VG模型拟合裂隙持水曲线的效果要优于BC模型;根据物模试验测得的裂隙非饱和渗透系数-毛细压力曲线,推导出了裂隙非饱和渗透系数与毛细压力关系的拟合公式,并与已有拟合公式一起对不同岩性裂隙所得的试验结果进行拟合对比,验证了本文所建立的拟合公式的合理可靠性。
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