裂隙岩体渗流应力耦合机制研究

Industrial Construction Vol.41，No.6，2011

工业建筑

2011年第41卷第6期115

裂隙岩体渗流应力耦合机制研究

张国玉

1

田晶莹

1

孙玉杰

2

王海超

2

（1.日照职业技术学院，山东日照

276826；2．山东科技大学土木与建筑学院，山东青岛266000）

摘要：隧洞开挖前，岩体中的地下水与围岩应力处于一种相对平衡状态，由于隧洞的开挖，一方面使地

下水排泄有了新的通道，

加速了水循环，破坏了原有的补给—运移—排泄系统的平衡；另一方面，造成围岩应力重分布，

部分结构面由于增压而闭合，部分岩体卸荷松弛或产生剪切滑移，人为破坏了原有的地下水渗流条件，使得隧洞自身成为地下水向外排泄的地下廊道，导致突水灾害。采用Monte-Carlo 方法建立二维离散裂隙网络，

并将其导入UDEC 软件中的岩体结构离散裂隙网络介质模型（DFN ），依据此模型，采用离散单元法对裂隙岩体渗流特性、

裂隙岩体洞室开挖力学特性以及裂隙岩体渗流应力耦合机制进行研究。结合具体实例，对不考虑水力耦合和考虑水力耦合情况下在裂隙岩体中开挖洞室的洞周围岩的力学特性做了对比。

关键词：裂隙岩体；渗流场；应力场；耦合

RESEARCH ON TRANSFUSION STRESS COUPLING

MECHANISM OF CREVASSE ROCK MASS

Zhang Guoyu 1

Tian Jingying 1

Sun Yujie 2

Wang Haichao 2

（1.School of Rizhao Polytechnic ，Rizhao 276826，China ；

2.College of Civil Engineering and Architecture ，Shandong University of Science and Technoloqy ，Qingdao 266000，China ）

Abstract ：Before a tunnel excavation ，the groundwater in the rock and the surrounding rock stress are in a state of relative balance ，because the excavation makes tunnel groundwater drain has a new channel ，thus accelerating the water cycle ，which destroyed balance of the original supplies-migration-the drainage system ；On the other hand ，the surrounding rock stress was redistributed and part of structural surface was closed due to pressurization ，part of unloading rock mass produced shear slippage ，which vandalized the original groundwater seepage condition ，thus making tunnel itself become an underground corridor to discharge water in different forms ，resulting in bursting water disasters．Monte Carlo method was used to establish 2-d discrete-fracture network ，which was input rock mass structure discrete fissure network medium model （DFN ），according to the model of the discrete element method in fractured rock mass seepage characteristics ，fracture rock cavern excavation mechanical characteristics and seepage stress coupling mechanism of fractured rock mass．Combined with concrete examples ，a comparison was done for cases of excavating caverns in fractured rocks with and without consideration of hydraulic coupling．Keywords ：the crevasse rock mass ；seepage field ；stress field ；coupling

第一作者：张国玉，男，1979年出生，硕士。

E －mail ：90993979@qq．com

收稿日期：2011－01－08

1渗流场与应力场的耦合作用

在裂隙岩体渗流应力耦合分析中，最基本的是

建立单裂隙渗流与应力的关系。下面将以单裂隙渗流应力耦合中应力场对渗流场的作用以及渗流场对应力场的作用为重点内容展开论述。1.1

应力场对渗流场的作用

从应力场改变地下水渗流场的影响作用机制来看，

应力场主要改变的是裂隙结构面的隙宽。由立方定律可知，裂隙面的渗流量与隙宽的三次方呈正比，隙宽的微小改变将引起渗流量的重大变化。隙宽的大小受作用在裂隙面上的应力所控制，因此在探讨裂隙渗流特性时，必须考虑应力作用的影响。

以前考虑较多的是正应力对渗透性的影响，一般通过试验总结出岩体渗透性与应力之间的经验公式。孔隙水压力变化会引起有效应力的变化，明显地改变裂隙张开度、流速和水压力在裂隙中的分布，裂隙渗流量随裂隙正应力增加而降低很快，

进一步研究发现应力－渗透曲线有回滞现象。随着卸载次数的增加，裂隙渗透性能降低，经过几次加卸载循环后，岩体的应力－渗透性曲线基本稳定。据此有关学者