高等岩石力学12章.ppt

第12章渗透性 permeability 12 1引言 Thesubjectofpermeabilityisconcernedwithfluidflowthroughamaterial orrocksandrockmassesinourcurrentcontext andisoneofthemostdifficulttopicsfacingthepractisingrockengineering Rockmasscontainsdiscontinuities anddiscontinuitiesarepreferentialflowpaths Thesubjectofpermeabilityofrockmasscanbestudiedintermsoftheeffectivepermeabilityofdiscontinuitynetworks 12 2基本定义 渗透率permeability isthespecificdischarge isthepressuregradientcausingflow isthefluidviscosityandarethecomponentsofthepermeablitytensor 岩石中一维水流方程 K 渗透系数coefficientofpermeability orhydraulicconductivity Themostbasicform andforthecaseoflaminarflow linksthewaterflowratetothepressuregradientis 达西定律 Darcy slaw Qtheflowrate 单位时间的流量 Athecross sectionalareaoftheflowithehydraulicgradient 12 2主 次渗流 定义Primarypermeability Secondarypermeabilityrockmatrix rockmass岩石渗流的决定因素裂隙张开度裂隙面的法向应力距地面的深度 12 3非连续面内的流动 HoekandBray达西定律其中HL两个截面水头差 非连续面组的流动情况 12 4非连续面网络中的流动 连续性方程 采用伯努利方程总水头 12 5岩体渗流与土体渗流的区别 土体结构疏松 以孔隙为主土体渗透性大小取决于粒径 颗粒越细 渗透性越差 土体可视为多孔连续介质 土体的渗透性一般具有均质各向同性 土体渗流符合达西定律 岩体以裂隙渗流为主岩体渗透性大小取决于岩体中不连续面的性质和岩块的岩性 岩体渗流以裂隙导水 微裂隙和岩石孔隙储水为其特点 岩体裂隙网络渗流具有定向性 岩体一般被视为非连续介质 岩体的渗流具有高度的非均质性和各向异性 一般岩体中的渗流符合达西定律 但岩溶管道流一般属紊流 不符合达西定律 岩体渗流受应力场影响明显 复杂裂隙系统中的渗流 在裂隙交叉处具有 偏流效应 岩体空隙的结构类型岩体的空隙是地下水赋存场所和运移通道 其分布形状 大小 连通性以及空隙类型等 都影响着岩体的渗流特性 多孔介质质点与多孔连续介质裂隙网络介质等不同的划分方法 形成机理 空隙的表现形式 结构面的连续性 岩体及相关的渗透率 经验型与工程性 裂隙系统的岩体的等效渗透率岩体裂隙介质 考虑异常温度 渗透系数为 12 6地下水渗流对岩体的影响 地下水对岩体的物理作用润滑作用 不连续面上摩阻力减小 岩体的摩擦角减小软化和泥化作用 对岩体结构面中充填物的物理性状的改变 内聚力和摩擦角都减小结合水的强化作用 非饱和岩体中的地下水是结合水 按有效应力原理 此时的有效应力大于岩体总应力 地下水的作用是强化岩体的力学性能 地下水对岩体的化学作用离子交换 岩土体颗粒上的离子和分子与地下水的交换过程 此交换使得岩土体的结构改变 从而影响岩土体的力学性状 溶解作用与溶蚀作用 降水在经过岩土体时 溶解大量的气体离子 增加了地下水的侵蚀性 这些具有侵蚀性的地下水对可溶性岩石产生溶蚀作用 溶蚀作用的结果是使岩体产生溶蚀裂隙 空隙和溶洞 水化作用水解作用氧化还原作用 地下水对岩体的力学作用空隙静水压力和空隙动水压力空隙静水压力减小岩土体的有效应力 降低岩土体的强度 同时引起裂隙的扩容变形 动水压力对岩土体产生切向的推力 降低岩土体的抗剪强度 使岩土体细颗粒物质产生移动 产生潜蚀即管涌 产生裂隙面的法向和切向变形 12 7工程应用 注浆和爆破groutingandblasting Reducethepermeabilityofafracturedrockmass groutingBlastingS