結(jié)構(gòu)面是天然巖體中的弱面,其表面的持續(xù)風(fēng)化和臨近地表物質(zhì)的原位沉積是結(jié)構(gòu)面充填物的兩大來(lái)源。充填物不僅會(huì)影響巖體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和工程穩(wěn)定性,還會(huì)改變結(jié)構(gòu)面的滲流特性,因此對(duì)不同充填性質(zhì)影響下結(jié)構(gòu)面剪切-滲流耦合特性的研究有助于對(duì)工程巖體穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)。本文通過(guò)自主研發(fā)的煤巖剪切-滲流耦合試驗(yàn)裝置,開(kāi)展了常法向應(yīng)力條件下充填物性質(zhì)對(duì)類(lèi)巖石材料結(jié)構(gòu)面剪切-滲流耦合特性影響的試驗(yàn)研究。同時(shí)利用三維光學(xué)掃描技術(shù)采集了上下結(jié)構(gòu)面的點(diǎn)云數(shù)據(jù),分析了充填材料、充填粒徑、滲透水壓等因素對(duì)結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度特性、變形特性、滲流特性及其三維形貌特征的影響,并結(jié)合結(jié)構(gòu)面裂隙開(kāi)度演化探討了結(jié)構(gòu)面在剪切破壞過(guò)程中的受力狀態(tài)演化及其剪切-滲流耦合作用機(jī)制。取得的主要研究成果如下:(1)充填結(jié)構(gòu)面的峰值剪應(yīng)力和法向位移從充填石膏、巖屑到黃泥依次遞減,受充填物強(qiáng)度影響較大;無(wú)充填結(jié)構(gòu)面的JRC整體減小且變化最為顯著,充填石膏、巖屑結(jié)構(gòu)面的JRC變化次之,充填黃泥結(jié)構(gòu)面的JRC幾乎沒(méi)有變化;充填物破壞和結(jié)構(gòu)面磨損主要受裂隙開(kāi)度演化和局部應(yīng)力集中的影響,在裂隙開(kāi)度較小的區(qū)域應(yīng)力分布較大,結(jié)構(gòu)面和充填物易沿此處磨損破壞;(2)充填粒徑越大,顆粒的破碎性和壓縮性就越大,則結(jié)構(gòu)面的峰值剪應(yīng)力和法向位移就越小,剪脹效果越來(lái)越不明顯;(3)隨著滲透水壓的增大,結(jié)構(gòu)面的峰值剪應(yīng)力和法向位移越來(lái)越小,相應(yīng)的滲流流量越來(lái)越大;充填巖屑、黃泥結(jié)構(gòu)面比充填石膏結(jié)構(gòu)面對(duì)滲透水壓的變化更為敏感;在較大滲透水壓下,充填不同物質(zhì)結(jié)構(gòu)面的峰值流量接近;(4)充填結(jié)構(gòu)面與流體具有雙向耦合作用。在特定充填厚度下,充填結(jié)構(gòu)面主要通過(guò)改變結(jié)構(gòu)面裂隙開(kāi)度和充填物的裂隙發(fā)育來(lái)影響結(jié)構(gòu)面的滲流特性,水通過(guò)軟化和沖蝕作用削弱充填結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì);在剪切-滲流過(guò)程中,流體壓力會(huì)促進(jìn)充填物內(nèi)微裂隙的發(fā)育,滲流通道的擴(kuò)展貫通又會(huì)加速充填物的軟化。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TU45
【部分圖文】：

技術(shù)路線圖

(d) 試件全貌圖 2.1 含無(wú)充填結(jié)構(gòu)面類(lèi)巖體試件的制作Fig 2.1 Preparation of rock specimen with unfilled joint填結(jié)構(gòu)面類(lèi)巖體試件的制作面分類(lèi)[67]，試驗(yàn)選取石膏、巖屑和黃泥作為充填物來(lái)件。其中石膏為《建筑石膏》GB/T9776—2008 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)材料所得，黃泥采自重慶歌樂(lè)山須家河組地層。對(duì)采材料分別進(jìn)行烘干、破碎、研磨成粉、粒徑篩分等處充填物質(zhì)。制取含充填結(jié)構(gòu)面類(lèi)巖體試件主要采用控進(jìn)行試件準(zhǔn)備，如圖 2.2 所示。首先采用濕式填充的：水=3：1 的質(zhì)量比混合制取充填塊體。充填物與水混塑性和流動(dòng)性，因此可以在壓制過(guò)程中均勻地充填于整構(gòu)面類(lèi)巖體試件時(shí)，將充填物涂抹在上下結(jié)構(gòu)面間，對(duì)位置并夾緊，然后放置于加壓設(shè)備上，使其在法向

12(c) 含無(wú)充填和充填石膏、巖屑、黃泥結(jié)構(gòu)面類(lèi)巖體試件圖 2.2 含充填結(jié)構(gòu)面類(lèi)巖體試件的制作Fig 2.2 Preparation of rock specimen with infilled joint試驗(yàn)系統(tǒng)① 煤巖剪切-滲流耦合試驗(yàn)裝置試驗(yàn)采用自主研發(fā)的煤巖剪切-滲流耦合試驗(yàn)裝置，由伺服控制加載系統(tǒng)、流體源加載系統(tǒng)、剪切盒及其密封系統(tǒng)、控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等部分組成，如圖 2.3所示。該裝置可以實(shí)現(xiàn)最大 300 kN 的法向載荷和切向載荷、最大 20 mm 的剪切位移，位移精度為 0.005 mm/min。剪切過(guò)程中，控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)讀取 6個(gè)位移傳感器 LVDT 的讀數(shù)，并傳送信息到計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。位移傳感器采集頻率為 0.1s/次。在剪切位移達(dá)到 10 mm 后停止剪切，卸載法向應(yīng)力和剪應(yīng)力。
【參考文獻(xiàn)】

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