【畢業(yè)學(xué)位論文】高速公路連拱隧道圍巖應(yīng)力場(chǎng)和滲流場(chǎng)的耦合作用分析-巖土工程

分類號(hào) 密級(jí) D 編號(hào) 士學(xué)位論文 論 文 題 目 高速公路連拱隧道圍巖應(yīng)力場(chǎng)和 滲流場(chǎng)的耦合作用分析 學(xué)科、專業(yè) 巖 土 工 程 研究生姓名 李 地 元 導(dǎo)師姓名及 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 李 夕 兵 教授 2006 年 4 月 碩士學(xué)位論文 摘要 要 在公路、鐵路隧道工程的施工中，滲漏水現(xiàn)象是其中的一個(gè)常見病害表現(xiàn)，地下水對(duì)隧道的影響十分明顯。本文結(jié)合湖南省交通廳科技項(xiàng)目，以常吉高速公路蓖麻溪連拱隧道為工程背景，通過三維數(shù)值模擬計(jì)算來解決連拱隧道開挖過程中的圍巖應(yīng)力場(chǎng)、 位移場(chǎng)以及滲流場(chǎng)的分布問題。 本文首先對(duì)裂隙巖體工程中地下 水滲流理論及其應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行了綜述，然后通過現(xiàn)場(chǎng)鉆孔壓水試驗(yàn)確定圍巖的滲透系數(shù)，并對(duì)高速公路連拱隧道裂隙圍巖采用等效連續(xù)介質(zhì)滲流理論分析隧道開挖過程中的流固耦合問題。 利用三維快速拉格朗日元有限差分程序 別計(jì)算了不考慮滲流效應(yīng)和考慮滲流效應(yīng)時(shí)連拱隧道分步開挖條件下圍巖響應(yīng)特征，主要得到如下結(jié)論： 1、連拱隧道開挖后圍巖應(yīng)力主要在中拱墻和拱腳處集中，由于孔隙水壓力的影響，不考慮滲流時(shí)比 考慮滲流時(shí)的水平應(yīng)力要大20%30%，而豎直方向應(yīng)力相差不大，圍巖最大壓應(yīng)力約為 2、考慮滲流效應(yīng)時(shí)流固耦合分析得出的隧道拱頂沉降量比不考慮滲流效應(yīng)時(shí)要大一倍左右，而且與工程實(shí)測(cè)結(jié)果比較相近。隧道橫斷面地表沉降曲線為一拋物線型，隧道開挖后徑向會(huì)發(fā)生收斂，且開挖順序?qū)ξ灰茍?chǎng)分布有影響。 3、 隧道開挖后地下水在壓力差作用下 通過裂隙網(wǎng)絡(luò)向洞內(nèi)滲透，最后孔隙水壓力場(chǎng)在開挖區(qū)域呈一漏斗狀分布。 4、考慮滲流效應(yīng)時(shí)，由于圍巖有效應(yīng)力降低，隧道開挖區(qū)域的圍巖塑性區(qū)分布范圍比不考慮滲流效應(yīng)時(shí)有所減少。 關(guān)鍵詞： 連拱隧道，壓水試驗(yàn)，流固耦合，數(shù)值模擬 碩士學(xué)位論文 n of of is a of is is on of is a in it of in of At in in in in is to is by in is It in of is or of as 1、 of in at of As of of of is 0%30% is of is of is 2、 In of is is is to of is a 士學(xué)位論文 of 3、 in at of a in 4、 of as of in of to 士學(xué)位論文 第一章 緒論 錄 摘 要 . 一章 緒 論 .題的提出 .題研究的意義 .內(nèi)外研究情況綜述 . 單裂隙巖體滲流理論研究進(jìn)展 . 巖體滲流場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)耦合分析研究進(jìn)展 . 隧道工程中的流固耦合問題 .文研究方法和技術(shù)路線 . 研究內(nèi)容和方法 . 研究技術(shù)路線 .二章 工程背景和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析 .程地質(zhì)條件 . 地形地貌及地質(zhì)構(gòu)造 . 地層巖性 . 水文地質(zhì)條件 . 巖土體物理力學(xué)性質(zhì) .場(chǎng)調(diào)研和鉆孔壓水試驗(yàn) . 圍巖裂隙發(fā)育情況統(tǒng)計(jì) . 隧道滲水點(diǎn)情況統(tǒng)計(jì) . 巖土取樣 .水試驗(yàn)結(jié)果分析 . 壓水試驗(yàn)原理 . 壓水試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 .章小結(jié) .三章 限差分程序分析原理 .言 .士學(xué)位論文 第一章 緒論 本原理 .固耦合計(jì)算原理 . 平衡方程 . 運(yùn)動(dòng)方程 . 本構(gòu)方程 . 液體響應(yīng)方程 . 相容方程 . 邊界條件 .序基本特征及處理過程 .要功能 . 應(yīng)用范圍 . 解決的主要典型問題 .章小結(jié) .四章 不考慮滲流效應(yīng)時(shí)連拱隧道圍巖穩(wěn)定性分析 .算模型的建立 . 連拱隧道數(shù)值分析模型 . 數(shù)值計(jì)算的參數(shù)確定 . 計(jì)算模擬的主要開挖步驟 .拱隧道開挖前后圍巖應(yīng)力場(chǎng)分析 . 初始地應(yīng)力場(chǎng)分布 . 隧道開挖后圍巖應(yīng)力場(chǎng)分析 . 隧道開挖后中拱墻受力特征分析 .拱隧道開挖后圍巖位移場(chǎng)分析 . 開挖后圍巖整體位移場(chǎng)分布情況 . 關(guān)鍵點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)分析 . 隧道橫截面地表沉降位移曲線 .道開挖后圍巖塑性區(qū)分布特征 .章小結(jié) .五章 考慮滲流時(shí)連拱隧道圍巖流固耦合作用分析 .流場(chǎng)分析原理 . 等效連續(xù)介質(zhì)分析滲流場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型 . 等效連續(xù)連續(xù)介質(zhì)模型中的滲透張量 .士學(xué)位論文 第一章 緒論 . 數(shù)值分析模型和計(jì)算參數(shù) . 隧道開挖前后圍巖滲流場(chǎng)分布特征 . 隧道開挖后圍巖應(yīng)力場(chǎng)分析 . 隧道開挖后圍巖位移場(chǎng)分析 . 隧道開挖后圍巖塑性區(qū)分布 .慮滲流效應(yīng)時(shí)流固耦合計(jì)算結(jié)果分析 . 考慮滲流和不考慮滲流時(shí)計(jì)算結(jié)果對(duì)比 . 拱頂沉降計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析 .章小結(jié) .六章 全文結(jié)論和研究展望 .文的主要研究成果和結(jié)論 .進(jìn)一步工作的展望 .考文獻(xiàn) . 錄 .錄一： 連拱隧道三維模型建模源程序 .錄二： 維模型導(dǎo)入 序 .讀學(xué)位期間的主要科研成果 . 謝 .士學(xué)位論文 第一章 緒論 1第一章 緒 論 題的提出 天然巖體經(jīng)構(gòu)造、風(fēng)化、地殼運(yùn)動(dòng)等地質(zhì)作用 后，發(fā)育有大量的方向各不相同、尺寸各異且相互交叉切割的裂隙，這樣的巖體可以稱之為裂隙巖體1。這些微裂隙、孔隙以及節(jié)理裂隙面的存在，為地下水提供了存儲(chǔ)和運(yùn)移的場(chǎng)所，同時(shí)也大大改變了巖體的力學(xué)性質(zhì)，影響著巖體的滲透特性。地下水滲流還以滲透力作用于巖體，影響巖體的應(yīng)力分布，同時(shí)巖體應(yīng)力場(chǎng)的改變往往使裂隙變形，又反過來影響裂隙的滲透性能，所以滲流場(chǎng)隨著裂隙滲透性的變化而重新分布，這種相互影響稱為滲流 of 2,本文簡稱為流固耦合。 對(duì)巖體而言，其工程特性往往受裂隙巖體所處 的地質(zhì)環(huán)境（即裂隙巖體所處的滲流場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)和化學(xué)場(chǎng)等）影響。如 1959 年法國 壩的潰決失事及 1963 年意大利 壩上游庫區(qū)大滑坡等事故都說明了研究巖體與其所處地質(zhì)環(huán)境中流體滲流的相互作用的重要性。巖體流固耦合問題涉及到巖土工程的多個(gè)方面，譬如3： 1）土木工程中，孔隙裂隙體的固結(jié)問題，基坑問題，抽排地下水引起的地表沉陷，隧道穩(wěn)定性與巖體滲流變形以及滲漏問題，大壩壩基的穩(wěn)定性問題等； 2）采礦工程中，由于地下水流入礦井中引起的地面沉陷，裂隙巖層和煤層中瓦斯抽放，礦井突、涌水，承壓水上采煤，礦區(qū)水資源的保護(hù)等； 3）石油工程中，自然裂隙油層運(yùn)動(dòng)模擬，與應(yīng)力有關(guān)的巖體滲透率與孔隙率，孔隙彈性體中油井的穩(wěn)定性，生產(chǎn)出砂與孔隙塑性巖石力學(xué)，注水引起套管的損害，二次采油等。 4）環(huán)境工程中，孔隙裂隙巖體中污染物的傳播問題，污染物控制系統(tǒng)中的巖石力學(xué)問題，地下核廢料處理中的熱 力耦合問題，裂隙巖體中井孔附近污染物的處理等。本文主要研究湖南西北部山區(qū)高速公路連拱隧道在開挖過程中地下水滲流問題及其滲流場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的耦合作用問題。 在我國公路隧道的建設(shè)中4， 20 世紀(jì) 80 年代建設(shè)的深圳梧桐山隧道使我國公路隧道的長度超過 290 年代初建成的重慶中梁山隧道長度超過 32000年建成的四川二郎山隧道長度超過 42003 年建成的山西雁門關(guān)隧道長度超過 5前在建的西康公路秦嶺隧道長度將突破 18成為亞洲第一長、世界第二長公路隧道。而且，不但隧道建設(shè)的長度在不斷增加，隧道埋深和跨度也在不斷增加，隧道的結(jié)構(gòu)形式也有了新的發(fā)展，接線方便和節(jié)省用地的連碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 2拱隧道在地質(zhì)條件適宜的一些線路上被廣泛應(yīng)用，在一些交通量較大的線路上，還出現(xiàn)了三跨度連拱隧道和多跨度連拱隧道。這些大跨度、小凈距的隧道建設(shè)為我國在隧道工程的項(xiàng)目研究上提供了良好的科研載體和檢驗(yàn)手段，與隧道工程相關(guān)的科研論文更是不勝枚舉。 近幾年來，湖南省的高速公路建設(shè)取得了長足 的發(fā)展，隨著我國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施和湖南經(jīng)濟(jì)的全面提速，以高速公路為標(biāo)志的西部或西線交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正全面展開。我省西南部多為山嶺重丘區(qū)，地下水資源豐富，如常吉、邵懷高速公路在跨越山區(qū)的時(shí)候要修建大量越嶺隧道，這些隧道所處的自然環(huán)境與地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，基巖裂隙水豐富，年降雨量普遍在 3000下水滲漏現(xiàn)象嚴(yán)重。特別是常吉高速公路，地處西部山區(qū)，途經(jīng)大量淺埋連拱隧道，其最大的通病就是滲漏水。襯砌開裂和滲漏水作為連拱隧道病害的主要形式，嚴(yán)重危害著隧道結(jié)構(gòu)安全和行車安全，劉庭金等5基于云南省 4條高速公路連拱隧道病害調(diào)查結(jié)果，通過采用大量的連拱隧道病害拍攝圖片，對(duì)導(dǎo)致襯砌開裂和滲漏水的主要原因進(jìn)行了初步分類，并據(jù)此提出了在連拱隧道設(shè)計(jì)和施工中相應(yīng)的病害防治措施。 本論文以裂隙巖體等效連續(xù)介質(zhì)滲流理論為基礎(chǔ)，結(jié)合 托湖南省交通廳科技項(xiàng)目山區(qū)公路隧道滲流理論與控制技術(shù)研究 ，針對(duì)我國高速公路大規(guī)模開發(fā)修建的事實(shí)，以常吉高速公路第 34 合同段蓖麻溪連拱隧道為工程背景，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和壓水試驗(yàn)的前提下，對(duì)公路連拱隧道在開挖過程中引起的圍巖應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)以及滲流場(chǎng)進(jìn)行了三維數(shù)值模擬研究。 題研究的意義 在常吉高速公路一期工程中，有一特長隧道，其長度超過 3000 米，在施工過程中，涌水現(xiàn)象突出，結(jié)果導(dǎo)致隧道周圍滲流場(chǎng)改變嚴(yán)重，地下水大量流失，附近一條小溪幾進(jìn)干涸。研究地下水在裂隙巖體中的滲流特性及其對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性的影響，這是目前巖土工程界的一個(gè)熱門而且新興的課題，意義重大。 隧道工程的建設(shè)是一個(gè)長期過程，具有明顯的時(shí)間效應(yīng)，對(duì)于公路淺埋隧道，施工期間內(nèi)如逢雨季，則隧道涌水量會(huì)明顯加大，同時(shí)，隧道修建完以后，其運(yùn)行時(shí)間也會(huì)長達(dá) 20 年以上，如隧道防水措施失效，也會(huì)影響隧道的使用，甚至?xí)斐蔁o法使用，使前期投資付諸東流。 我國是多山的國家，修建鐵路、公路不可避免出現(xiàn)隧道工程。一般而言，不論在施工中還是通車以后，隧道結(jié)構(gòu)時(shí)刻處于地下水包圍之中，隧道襯砌的碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 3滲漏、變形，洞頂?shù)乇淼氖?、坍陷，以及施工期間的突水、突泥、淹沒坑道等，均與地下水有關(guān)，而且水位愈高，危害愈大6。如何在設(shè)計(jì)階段采取對(duì)策防患于未然，是個(gè)非常重要的問題，只有正確的設(shè)計(jì)，才會(huì)有正確的施工，才能保證隧道的正常使用。 山嶺隧道一般埋深較淺，水壓不大，但隧道所處巖體大多數(shù)都風(fēng)化嚴(yán)重，裂隙發(fā)育，地表水容易下滲，如遇長時(shí)間降雨，則降水形成的滲透壓力對(duì)隧道穩(wěn)定性的影響明顯，對(duì)于常吉高速，其圍巖多為紅砂巖，這種巖石遇水易風(fēng)化，力學(xué)性能會(huì)受到較大影響。因此本文試圖通過數(shù)值模擬的方法，考慮地表雨水入侵條件下，研究裂隙水滲流對(duì)隧道穩(wěn)定性的影響，研究連拱隧道圍巖的應(yīng)力場(chǎng)和滲流場(chǎng)的耦合作用效果，其成果用于指導(dǎo)工程實(shí)踐，同時(shí)在工程應(yīng)用中檢驗(yàn)此方法的有效性，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。 內(nèi)外研究情況綜述 裂隙巖體滲流理論研究進(jìn)展 裂隙巖體中的滲流研究，始于上世紀(jì) 50 年代，當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)在此方面研究較為突出，如蘇聯(lián)學(xué)者 于 1951 年發(fā)表了裂隙巖石中的滲流一書，是巖石水力學(xué)最早的專著； 也于同年進(jìn)行了裂隙巖體中的流體流動(dòng)試驗(yàn)，他用兩塊橫截面及彎曲形狀可以變化的薄玻璃板來模擬裂隙，后來被稱為平行平板模型，考察流體在層流和紊流之間的轉(zhuǎn)換帶，并研究了裂隙粗燥度的影響。 8根據(jù)土體達(dá)西定律公式和 程推導(dǎo)出了單一裂隙理想模型中層流的表達(dá)式，推導(dǎo)出了單裂隙滲流的立方定律，即： 312 （ 1 式中 b 為裂隙寬度， g 為重力加速度， 為水流運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)， 式表明裂隙面的單寬流量 b 的 3 次方成正比。如果將上式寫成達(dá)西定律的形式，可以得到理想平板模型的滲透率計(jì)算公式為： 212 （ 1 式中 k 為裂隙內(nèi)在水力滲透系數(shù)，它只和裂隙的幾何要素隙寬 b 的平方成線性關(guān)系。但是，上述公式只可用于計(jì)算特殊裂隙情況下的滲透率，且計(jì)算結(jié)果相當(dāng)粗燥， 通過對(duì)粗燥裂隙進(jìn)行水力試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)裂隙面的凸起度 （ 稱為不平整度或起伏度， 隙寬的比值對(duì)裂隙過流能力由很大影響，于是將立方定律加入了一個(gè)粗燥度修正系數(shù) C，有： 碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 4312 （ 1 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果， 認(rèn)為 C 值與相對(duì)起伏差 /b 有關(guān)，可用下式表示： =+（ 1 10根據(jù)自己的試驗(yàn)資料，建議 C 值用下式計(jì)算： =+（ 1 1根據(jù)均質(zhì)裂隙巖體不同深度的鉆孔壓 力試驗(yàn)結(jié)果，建立了裂隙巖體滲透系數(shù) K 與垂直法向應(yīng)力 之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式： 0)KK （ 1 式中 K 為裂隙滲透系數(shù)，0K 為初始滲透系數(shù)， 為法向應(yīng)力， 2系統(tǒng)性的研究了裂隙巖體的滲透試驗(yàn)，他不但考慮了裂隙面的幾何形狀，還考慮了裂隙面承受法向應(yīng)力的情況，建立了如下滲透率計(jì)算公式： 200()=+ （ 1 式中0K 為初應(yīng)力0 下的滲透系數(shù)，裂隙法向剛度， 984)16研究了地下洞室開挖后，圍巖滲透系數(shù)的變化，他們導(dǎo)出的應(yīng)力與裂隙滲透系數(shù)的關(guān)系如下： 0 311 + （ 1 式中應(yīng)力等于 時(shí)的滲透系數(shù)；0k 為有效應(yīng)力等于零時(shí)的滲透系數(shù)；,待定系數(shù)。由該式可知，開挖狀態(tài)下，滲透系數(shù)并非與正應(yīng)力成負(fù)指數(shù)關(guān)系。并認(rèn)為導(dǎo)致滲透率變化的原因主要有： 1）應(yīng)力重新分布，使致密巖石裂隙化； 2）開挖引起作用于圍巖中天然應(yīng)力改 變，使已有裂隙張開或閉合； 3）開挖引起的應(yīng)力釋放，導(dǎo)致原生晶面松弛等。 20 世紀(jì) 80 年代以后，西方國家對(duì)裂隙巖體滲流方面的研究形成高潮，并經(jīng)久不衰。與此同時(shí)，我國一些學(xué)者也開始對(duì)水在裂隙巖體中的流動(dòng)開展了廣泛的研究，如 1980 年和 1986 年田開銘1314相繼發(fā)表了“裂隙巖石滲透性的初步研究” 、 “水在交叉裂隙中的運(yùn)動(dòng)”等論文，張有天1516發(fā)表了“隧洞水荷載靜力計(jì)算” 、 “裂隙巖體滲流特性、數(shù)學(xué)模型及系 數(shù)量測(cè)”等論文，這些文章為國內(nèi)對(duì)裂隙巖體滲流和巖體水力學(xué)這樣一門學(xué)科的發(fā)展拉開了序幕。隨后，巖石水力學(xué)成為我國的熱門研究課題，并在工程應(yīng)用中得到了進(jìn)一步發(fā)展。 碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 5鄭少河等17對(duì)天然裂隙作了大量三維應(yīng)力作 用下的滲流試驗(yàn)，認(rèn)為巖體滲透系數(shù)與裂隙閉合量之間存在如下關(guān)系式： 02 1 3( )+ （ 1 式中1 、2 、3 為三向主應(yīng)力，其中2 垂直裂隙面，1 、3 平行于裂隙面， 決于裂隙面的粗造度。 劉才華等1819通過對(duì)規(guī)則、均勻、粗造裂隙的滲流剪切試驗(yàn)，結(jié)合裂隙面受剪時(shí)的力學(xué)機(jī)理，研究了巖體裂隙在剪切荷載作用下的滲流特性，認(rèn)為滲透系數(shù)與剪應(yīng)力有十分明顯的線性關(guān)系，表達(dá)式如下： 0 （ 1 式中 為一個(gè)與裂隙面形態(tài)有關(guān)的常量， 為剪應(yīng)力作用下的力學(xué)隙寬的變化量。 單裂隙巖體在應(yīng)力環(huán)境作用下的滲透系數(shù)的變 化研究，實(shí)際上就是對(duì)裂隙巖體的滲流場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的耦合作用機(jī)理研究。 體滲流場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)耦合分析研究進(jìn)展 一般來說，求解巖體等裂隙介質(zhì)地下水滲流場(chǎng) 需要建立適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，對(duì)裂隙巖體流固耦合分析的數(shù)學(xué)模型主要有等效連續(xù)介質(zhì)模型，離散裂隙介質(zhì)模型，雙重介質(zhì)模型，離散介質(zhì) 在等效連續(xù)介質(zhì)模型方面， 982)20以比奧固結(jié)理論為基礎(chǔ)，把多孔彈性介質(zhì)的本構(gòu)方程推廣到裂隙介質(zhì)的非線性本構(gòu)關(guān)系，提出裂隙滲流與應(yīng)力的耦合分析模型。 986)21以巖體節(jié)理統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，運(yùn)用滲透率張量法，建立了巖體滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)耦合的等效連續(xù)介質(zhì)模型，將裂隙巖體滲透張量與彈性張量統(tǒng)一用裂隙網(wǎng)絡(luò)幾何張量表示，建立了較嚴(yán)密的裂隙巖體滲流特性與應(yīng)力特性之間的耦合關(guān)系，但是由于 理起來不很方便。國內(nèi)也有不少學(xué)者進(jìn)行了裂隙巖體滲流應(yīng)力耦合方面的研究。 陶振宇22等以文 11的負(fù)指數(shù)關(guān)系為基礎(chǔ)對(duì)巖體滲流與應(yīng)力進(jìn)行耦合分析以研究水庫誘發(fā)地震。黃濤等23進(jìn)行了隧道裂隙巖體溫度場(chǎng)和滲流場(chǎng)耦合的數(shù)學(xué)模型研究。朱珍德24進(jìn)行了裂隙巖體的滲流場(chǎng)與損傷場(chǎng)耦合分析及其工程應(yīng)用的研究。任長吉25等進(jìn)行了裂隙巖體滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)耦合數(shù)學(xué)模型的研究，并結(jié)合我國鐵路某隧道作了耦合定量計(jì)算研究。 關(guān)于裂隙巖體離散介質(zhì)滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的耦合分析， 6在其核廢料處理國際合作項(xiàng)目中利用離散裂隙 模型研究了裂隙巖體滲流場(chǎng) 應(yīng)力場(chǎng)的三場(chǎng)耦合特性， 開發(fā)了相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算程序并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。 李定方等27根據(jù)多邊形裂隙網(wǎng)絡(luò)理論，確定了裂隙網(wǎng)絡(luò)生成的原理和方法，推導(dǎo)出了離散碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 6裂隙介質(zhì)流固耦合模型。王媛28據(jù)裂隙發(fā)育規(guī)模不同提出了平面彈塑性離散介質(zhì)水力學(xué)模型。 V 9研究了裂隙一孔隙巖體熱一液一力三場(chǎng)耦合的三維離散介質(zhì)模型。 在雙重介質(zhì)流固耦合數(shù)學(xué)模型研究方面，白矛3031做了大量的研究工作，建立了二維，三維的雙重介質(zhì)流固耦合模型，給出了解析解，有限元計(jì)算的數(shù)值解。黎水泉等32也進(jìn)行了這方面的研究。 由于巖體裂隙分布的復(fù)雜性，近年來有學(xué)者提出了離散 彥卿，楊棟，柴軍瑞等做了不少這方面的研究。 上述四種裂隙巖體的流固耦合數(shù)學(xué)模型都有其 特點(diǎn)。連續(xù)介質(zhì)數(shù)學(xué)模型是建立在經(jīng)典的多孔介質(zhì)和巖體裂隙滲透系數(shù)等效張量的理論基礎(chǔ)上，自 1986年工程中得到了廣乏的應(yīng)用。該模型的優(yōu)點(diǎn)是可以直接應(yīng)用較成熟的孔隙介質(zhì)飽和滲流分析方法來求解裂隙巖體飽和滲流問題，故其可操作性好。不足之處主要是： 1)適用范圍經(jīng)常受到限制，因?yàn)椴皇撬械牧严稁r體均可等效為連續(xù)介質(zhì)； 2)典型單元體的大小和等效水力參數(shù)較難確定； 3)把裂隙巖體等效為連續(xù)介質(zhì)，不能很好的刻畫裂隙的特殊導(dǎo)水作用。 離散裂隙網(wǎng)絡(luò)模型在不考慮巖體基質(zhì)滲透性的 情況下，該模型在調(diào)查清楚巖體每條裂隙的空間方位，隙寬等幾何參數(shù)的條件下，以單裂隙水流公式為基礎(chǔ)，利用流入和流出各裂隙交叉的流量相等來求其水頭值。該模型的優(yōu)點(diǎn)是較好地描述了裂隙巖體的非均勻各向異性，故當(dāng)巖塊很致密，確實(shí)可忽略其滲透性時(shí)，具有擬真性好、精度高的優(yōu)點(diǎn)。其不足之處在于研究域內(nèi)全部裂隙的幾何參數(shù)很難獲得。另外，模型的計(jì)算量較大。 雙重介質(zhì)模型認(rèn)為流體不僅通過巖體的裂隙面 流動(dòng)，而且還通過結(jié)構(gòu)體流動(dòng)。顯然，它能較為全面地反映裂隙巖體的滲流特征。該模型在一定程度上刻畫出裂隙優(yōu)先流現(xiàn)象，并且考慮了巖塊裂隙間的流體交換，具有較好的擬真性。把裂隙網(wǎng)絡(luò)等效為連續(xù)介質(zhì)來研究，故可操作性好。但雙重介質(zhì)中流體交換項(xiàng)較難確定，而此項(xiàng)的值又影響該模型的擬真性。 離散介質(zhì) 離散裂隙網(wǎng)絡(luò)模型描述主干裂隙中的流體運(yùn)動(dòng)；用等效連續(xù)介質(zhì)模型描述次要裂隙和孔隙中的流體運(yùn)動(dòng)；由次要裂隙和孔隙等效成的連續(xù)介質(zhì)充滿整個(gè)研究域 ;離散的主干裂隙按產(chǎn)狀分布于連續(xù)介質(zhì)中。該模型的耦合條件是：裂隙流體壓力作為連續(xù)介質(zhì)域的壓力邊界；離散介質(zhì)域與連續(xù)介質(zhì)域間的流體交換作為離散介質(zhì)域的流量邊界。該模型綜合了連續(xù)介質(zhì)模型和離散介質(zhì)模型的優(yōu)點(diǎn)，即能反映裂隙特殊的導(dǎo)流作用，又能體現(xiàn)巖塊的貯藏作用，故很好地解決了精度與可操作性之間的矛盾。但由于描述連續(xù)介質(zhì)域的流碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 7體運(yùn)動(dòng)和描述離散介質(zhì)域流體運(yùn)動(dòng)方程不同，給數(shù)學(xué)處理帶來了困難。另外，該模型同樣存在雙重介質(zhì)模型中的流量交換的問題。 隨著人們對(duì)巖體與周圍地質(zhì)環(huán)境相互