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裂隙化岩体渗流与应力相互作用是岩体结构工程稳定性的重要影响因素。国内外相关研究已经受到普遍关注。尽管该方面研究已取得长足进步,但裂隙化岩体渗流与应力合问题研究的力学模型和分析方法等仍存在许多问题与不足,难以满足当前工程需求。因此,开展裂隙化岩体渗流与应力耦合研究具有重要理论与工程实践意义。
本文结合湖南省自然科学基金项目——裂隙化岩体渗流应力耦合方法研究。首先,根据统计分析方法得到的岩体裂隙的几何参数与其分布的概率模型,利用蒙特卡罗方法,探讨了岩体裂隙网络模拟生成方法,并编制了岩体裂隙网络模型生成的程序,为岩体裂隙网络渗流与应力耦合研究奠定了基础。其次,采用加权截距法,建立了无压渗流自由面的确定方法,完善了固定网格法确定渗流自由面的理论与方法;然后,根据单裂隙的渗流规律及裂隙网络渗流的水均衡原理,基于有限差分理论,分别推导出了非连续介质和连续介质的渗流有限差分方程,从而建立非连续一等效连续介质的裂隙岩体渗流与应力耦合模型,并探讨了离散单元法分析岩体裂隙网络渗流与应力耦合问题的方法。最后,结合某抽水蓄能电站地下厂房洞室群工程进行计算分析,由计算结果得出,在考虑渗流与应力耦合作用情况下,应力变化导致渗流特性变化明显,而渗流场的变化又使得洞室围岩应力增加,不利于洞室围岩的稳定性,因此要充分考虑两者复杂的耦合关系对洞室围岩的影响。通过结合实际工程探讨了本文提出的渗流与应力耦合模型与理论的应用性,表明了本文研究成果的较为合理,进一步完善了裂隙化岩体渗流应力耦合研究的理论。