导　　师： 夏才初

学科专业： H1402

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 同济大学土木工程学院

摘　　要： 随着经济的可持续发展和对再生能源的需求，国家对各类地下工程的需求在不断增加，地下工程的失稳大多与地下水的渗流有关。节理是岩体中的软弱面，也是水流的主要通道，其力学和渗流性质是影响工程稳定的关键因素。而节理面的强度和变形及其渗流特性取决于节理表面形貌特征，节理在不同接触状态下的强度和变形及其渗流特性取决于节理组合形貌特征。因此，研究节理的表面形貌.渗流.力学耦合特性，并建立经验公式具有重要的实际意义。 论文承国家自然科学基金项目(《含非贯通节理扩展贯通的节理岩体应力-渗流耦合模型和分析方法研究》(n0.40472142)和《柱状节理岩体的扰动特性和分析方法研究》(n0.40972178)支持，对取自雅砻江锦屏二期水电站辅助洞大理岩试样，主要开展了以下几方面的研究：①用自行研制的tjxw-3d型岩石节理表面形貌测量仪，对利用劈裂法所制成人工节理的表面形貌进行测量；②用自行编制的表面形貌计算软件，对表面形貌的统计参数和分形维数进行计算；③用稳定接触状态判断法则和移动接触算法，确定处于指定状态下节理所处的相对位置，并用所编制的组合形貌计算软件，计算该状态下的组合形貌参数，包括叠加参数、空腔参数以及分形维数；④在对节理表面形貌、组合形貌进行分析的基础上，进行单节理的渗流实验；⑤在节理渗流实验的基础上，进一步施加法向荷载，进行单节理的法向应力-渗流耦合实验；⑥在节理法向应力-渗流耦合实验的基础上，进一步施加剪切荷载，进行单节理的剪切-渗流耦合实验；⑦对节理的渗流、法向应力-渗流耦合和剪切应力-渗流耦合经验公式进行了推导。 主要研究成果如下： 第一，自行研制了结构光栅投影式岩石表面三维形貌测量仪。 第二，研究了岩石节理形貌特点，提出组合形貌中叠加参数和空腔参数的概念，并对其形貌参数进行分析研究。 第三，对发生不同错位节理的接触状态进行模拟，用稳定接触状态判断法则和移动接触算法，计算出达到稳定接触状态时节理所处的相对位置； 第四，编制了节理表面形貌参数的计算软件，可以计算出表面统计特性参数和分形维数；编制了组合形貌计算软件，可以计算不同接触状态下节理的组合形貌参数，包括叠加参数、空腔参数以及分形维数。 第五，研究了岩石节理的渗流特性，并提出较合理的渗流经验公式。对节理渗流实验的实测数据进行分析，并与传统经验公式进行比较，发现传统公式的不足之处。通过对实验结果的进一步分析，得到了更为合理的包含组合形貌参数的渗流经验公式。同时，还建立了包含表面二维分形维数和空腔三维分形维数的节理渗流经验公式。对不同接触状态下节理的渗流进行理论分析，并建立了数学模型，提出了用于表征处于不同接触状态下节理渗流特性的参数——节理接触系数jcc。 第六，研究了岩石节理的法向应力-渗流耦合特性，并提出较合理的法向应力-渗流耦合经验公式。在渗流实验的基础上，进行节理在不同接触状态下的法向应力-渗流耦合实验。将实测数据分别与传统经验公式计算结果进行比较，发现传统经验公式的不足之处。通过对实验数据进行分析，建立了包含表面形貌参数的节理法向应力.渗流耦合经验公式。对法向应力作用下渗流机理进行了分析，得到了不同接触状态下节理法向应力-渗流耦合模型。 第七，对岩石节理的剪切-渗流耦合特性进行了研究，并提出较合理的法向应力-渗流耦合经验公式。在渗流实验和法向应力-渗流耦合实验的基础上，利用自行加工设备，进行节理在不同接触状态下的剪切-渗流耦合实验。通过对实验数据进行分析，建立了包含表面形貌参数的节理剪切-渗流耦合经验公式。此外，还对对剪切力作用下渗流机理进行了分析，得到了不同接触状态下节理剪切应力-渗流耦合模型。关键词：节理；表面形貌；分形；空腔；渗流；法向应力；剪切；实验；程序编制

分 类 号： [TU4 TV3]

领　　域： [建筑科学] [水利工程]