高等巖石力學(xué)章

高等巖石力學(xué)章第1頁/共22頁12.1引言Thesubjectofpermeabilityisconcernedwithfluidflowthroughamaterial,orrocksandrockmassesinourcurrentcontext,andisoneofthemostdifficulttopicsfacingthepractisingrockengineering.Rockmasscontainsdiscontinuities,anddiscontinuitiesarepreferentialflowpaths.Thesubjectofpermeabilityofrockmasscanbestudiedintermsoftheeffectivepermeabilityofdiscontinuitynetworks.第2頁/共22頁12.2基本定義滲透率permeabilityisthespecificdischarge,isthepressuregradientcausingflow,isthefluidviscosityandarethecomponentsofthepermeablitytensor.第3頁/共22頁第4頁/共22頁

巖石中一維水流方程：

K，滲透系數(shù)coefficientofpermeability(orhydraulicconductivity)

第5頁/共22頁Themostbasicform,andforthecaseoflaminarflow,linksthewaterflowratetothepressuregradientis:達(dá)西定律（Darcy’slaw）Qtheflowrate(單位時(shí)間的流量)Athecross-sectionalareaoftheflowithehydraulicgradient,第6頁/共22頁12.2主、次滲流定義Primarypermeability,Secondarypermeabilityrockmatrix,rockmass巖石滲流的決定因素裂隙張開度裂隙面的法向應(yīng)力距地面的深度第7頁/共22頁第8頁/共22頁12.3非連續(xù)面內(nèi)的流動(dòng)HoekandBray達(dá)西定律其中HL兩個(gè)截面水頭差第9頁/共22頁非連續(xù)面組的流動(dòng)情況第10頁/共22頁12.4非連續(xù)面網(wǎng)絡(luò)中的流動(dòng)連續(xù)性方程第11頁/共22頁采用伯努利方程總水頭第12頁/共22頁12.5巖體滲流與土體滲流的區(qū)別土體結(jié)構(gòu)疏松，以孔隙為主土體滲透性大小取決于粒徑，顆粒越細(xì)，滲透性越差；土體可視為多孔連續(xù)介質(zhì)；土體的滲透性一般具有均質(zhì)各向同性；土體滲流符合達(dá)西定律。第13頁/共22頁巖體以裂隙滲流為主巖體滲透性大小取決于巖體中不連續(xù)面的性質(zhì)和巖塊的巖性；巖體滲流以裂隙導(dǎo)水、微裂隙和巖石孔隙儲(chǔ)水為其特點(diǎn)；巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)滲流具有定向性；巖體一般被視為非連續(xù)介質(zhì)；巖體的滲流具有高度的非均質(zhì)性和各向異性；一般巖體中的滲流符合達(dá)西定律，但巖溶管道流一般屬紊流，不符合達(dá)西定律；巖體滲流受應(yīng)力場(chǎng)影響明顯；復(fù)雜裂隙系統(tǒng)中的滲流，在裂隙交叉處具有“偏流效應(yīng)”第14頁/共22頁巖體空隙的結(jié)構(gòu)類型巖體的空隙是地下水賦存場(chǎng)所和運(yùn)移通道，其分布形狀、大小、連通性以及空隙類型等，都影響著巖體的滲流特性。多孔介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)與多孔連續(xù)介質(zhì)裂隙網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)等不同的劃分方法：形成機(jī)理、空隙的表現(xiàn)形式、結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性第15頁/共22頁巖體及相關(guān)的滲透率（經(jīng)驗(yàn)型與工程性）裂隙系統(tǒng)的巖體的等效滲透率巖體裂隙介質(zhì)，考慮異常溫度，滲透系數(shù)為第16頁/共22頁12.6地下水滲流對(duì)巖體的影響地下水對(duì)巖體的物理作用潤(rùn)滑作用：不連續(xù)面上摩阻力減小，巖體的摩擦角減小軟化和泥化作用：對(duì)巖體結(jié)構(gòu)面中充填物的物理性狀的改變，內(nèi)聚力和摩擦角都減小結(jié)合水的強(qiáng)化作用：非飽和巖體中的地下水是結(jié)合水，按有效應(yīng)力原理，此時(shí)的有效應(yīng)力大于巖體總應(yīng)力，地下水的作用是強(qiáng)化巖體的力學(xué)性能。第17頁/共22頁地下水對(duì)巖體的化學(xué)作用離子交換：巖土體顆粒上的離子和分子與地下水的交換過程，此交換使得巖土體的結(jié)構(gòu)改變，從而影響巖土體的力學(xué)性狀。溶解作用與溶蝕作用：降水在經(jīng)過巖土體時(shí)，溶解大量的氣體離子，增加了地下水的侵蝕性。這些具有侵蝕性的地下水對(duì)可溶性巖石產(chǎn)生溶蝕作用。溶蝕作用的結(jié)果是使巖體產(chǎn)生溶蝕裂隙、空隙和溶洞。水化作用水解作用氧化還原作用第18頁/共22頁地下水對(duì)巖體的力學(xué)作用空隙靜水壓力和空隙動(dòng)水壓力空隙靜水壓力減小巖土體的有效應(yīng)力，降低巖土體的強(qiáng)度，同時(shí)引起裂隙的擴(kuò)容變形；動(dòng)水壓力對(duì)巖土體產(chǎn)生切向的推力，降低巖土體的抗剪強(qiáng)度；使巖土體細(xì)顆粒物質(zhì)產(chǎn)生移動(dòng)，產(chǎn)生潛蝕即管涌；產(chǎn)生裂隙面的法向和切向變形第19頁/共22頁第20頁/共22頁12.7工程應(yīng)用：注漿和爆破groutingandblastingReducethepermeabilityofafracturedrockmass:grouting