饱和裂隙岩体卸荷渗流特征分析

对于加荷过程,宏观裂隙与其所受的法向应力之间的关系,有许多学者已进行了研究,如Goodman(1976)提出单一破裂面法向应力与闭合量(隙宽变化量)的关系式为

式中:σn为裂隙面法向应力;σni为裂隙面初始法向应力;Δb为裂隙面闭合量;Δbmax为裂隙最大闭合量;R、t为试验参数。

将式(3.64)与式(3.63)相结合,可以得到加荷时渗透系数与应力变化量之间的关系式,即

式中:。

Barton在一系列单裂隙渗透系数与法向应力研究的基础上,认为对于单一裂隙面,裂隙面粗糙度及裂隙隙宽都将对渗透系数产生影响。根据试验结果,当应力作用于单一裂隙时,会使裂隙面闭合,闭合量的大小将会对渗透系数产生影响。Barton根据试验结果得到了法向应力与裂隙面闭合量之间的关系,如图3.19所示,并在此基础上,提出了裂隙面的双曲线模型,即

式中:a、β为试验参数。

从图3.19中可以看出,岩体裂隙在加荷与卸荷过程中,裂隙面闭合曲线与法向应力是不同的,在加荷与卸荷过程中,裂隙面闭合量存在一个迟滞效应,也就是说,裂隙面在加荷过程中的闭合量与卸荷过程中的张开量存在差异。

图3.19 法向应力与裂隙面闭合量的关系(www.xing528.com)

由于卸荷过程中应力与隙宽变化量之间呈现非线性,因此,建立卸荷过程中试件裂隙面张开量与法向应力之间的关系方程,即

则有

式中:σn为裂隙面法向应力;σni为裂隙面初始法向应力;Δb为裂隙面张开量;bini为初始应力σni下裂隙面张开量;R、r为试验参数。

因此,由式(3.68)可得

式中:为应力卸荷比。

由于渗透系数的变化主要是裂隙隙宽的变化所引起的,因此,假设岩体初始渗透系数为K0,初始裂隙隙宽为b0,根据立方定律,则有

对于裂隙岩体来说,则有