剪应力作用下岩体裂隙渗流特性讨论剪应力作用下岩体裂隙渗流特性讨论摘要:通过对规则、均匀、粗糙裂隙的渗流剪切实验，结合裂隙面受剪时的力学机理，讨论了岩体裂隙在剪切荷载作用下的渗流特性，并对裂隙剪缩阶段过流能力的变化进行了探讨。实验结果表明，剪切荷载作用下，裂隙在剪动前渗透性随剪应力的增加而降低，且渗透系数与剪应力有十分明显的线性关系。关键词：渗流力学，岩体裂隙，渗流，剪应力1. 前言裂隙岩体的水力学特性对岩土工程活动产生重要影响，如石油、地热开采、化学物品、核废料的埋藏、矿井设计等，都不可避开地涉与到裂隙水运动的问题。如何有效地防止和利用裂隙水，弄清岩体中裂隙的渗流特性是必要的。岩体裂隙的渗流特性受应力、变形以与裂隙面几何参数的影响，正确把握裂隙岩体的固-液耦合特性，对于地下水运动 的预测预报、洞室开挖的稳定性评价、预防人为诱发地震等均有很大的帮助。近年来，关于裂隙岩体渗流特性的讨论已取得了很大的进展。目前，基于平行板模型导出的立方定律已广为岩土工程界所接受，许多学者进一步对立方定律的有效性做了大量讨论，提出在考虑粗糙度的基础上，可用一系数对立方定律进行修正[1～3]。有关法向应力作用下，裂隙的渗流特性也进行了相当多的实验工作[4～6]。但是，对裂隙岩体渗流与剪应力耦合作用所做的讨论很少。一方面，剪应力作用下裂隙面几何特征的变化比法向应力作用下更为复杂；另一方面，实验难度大。目前，有关的工作 集中在 2 个方面：裂隙面受剪的力学机理讨论和渗流-剪应力耦合机理讨论。前者结合裂隙面形态，考虑不同法向应力作用下，讨论裂隙面剪应力与剪切变形的关系，以与剪胀效应对裂隙力学隙宽的影 响。后者讨论剪切荷载作用下，裂隙面受力与变形对渗流的影响，进而找出剪应力与渗流的耦合机 理。岩体裂隙剪切机理是渗流与剪应力耦合讨论的基础，文[7]通过对一组一样裂隙面在不同方向的剪切特性讨论指出，裂隙的剪切力学性质与裂隙面的几何特征密切相关，不同剪切方向所得到的剪切特性是相似的，但主要参数如峰值剪切强度、残余强度、剪胀率与峰值强度位移等因剪切方向不同而不同。文[8]讨论了齿形粗糙裂隙受剪时的破坏机理，认为对于规则均匀的粗糙裂隙面，剪切荷载作用 下，裂隙面呈脆性，且裂隙面难以剪动；而天然不规则裂隙面呈延性，抗剪强度小。文[9]讨论了 2 个不同倾斜角度突起的剪切特性后认为，剪切荷载作用下，裂隙面上的各个粗糙突起渐次发挥作用...
