裂隙岩体渗透性“结构－基质－应力”协同控制机理研究

以裂隙岩体渗透性与岩体结构、物质组分、应力环境的关系为研究核心，从裂隙岩体的物质性、结构性、赋存性三个本质特征出发，提出"结构-基质-应力"协同控制观点，采用工程地质学、岩体(水)力学理论，进行现场及室内岩体(石)渗透试验，研究深部工程岩体"结构-基质-应力"对其渗透性的控制机理及其转化条件，揭示裂隙岩体渗透性由浅表结构控制转向深部由岩体结构、岩石组分及应力状态协同控制的机理，建立考虑结构、基质及应力多因素的裂隙岩体渗透性数学模型和评价方法，进行典型工程岩体渗透性多因素多层次多尺度协同控制机理的应用研究。本研究对于准确评价裂隙岩体渗透特性、优化工程渗控设计、增强深部工程灾害防治能力具有重要的理论意义和应用价值。

本项目实施按计划进行了岩石物质组成，地质构造及应力等对其渗透性影响的研究工作。开展了岩石及结构面力学与渗透性试验研究，主要试验内容包括：岩石全应力应变过程三轴渗透试验研究，通过试验研究了岩石变形峰前及峰后渗透性变化基本规律。进行了结构面力学与渗透性试验研究，研究了结构面压剪过程力学及渗透性一般规律。同时还通过试验研究了渗压对岩石破裂的影响。围绕基质结构及应力对岩石渗透性的影响，采用PFC3D程序开展了大量数值模拟工作，研究了岩石孔隙度、矿物颗粒粒径分布、节理及应力对岩石渗透性的影响及变化规律。采用柔度变形法建立了节理法向加载非线性变形本构模型，讨论了节理在法向单调加载条件下变形基本规律。建立了Hoek-Brown屈服准则参数mi与围压关系的负指数经验模型；通过研究GSI值随软化参数及围压的变化关系以反映不同围压条件下岩石应力应变力学响应，建立了应变相关的GSI弱化模型用于模拟岩石脆性破坏。研究了在复杂应力条件下以及存在边坡卸荷作用时河谷边坡裂隙岩体渗透性随岩体埋深的分布规律。提出了岩石基质结构应力影响下渗流PFC算法。依托工程项目，进行了边坡岩体渗透特性、渗流及稳定性评价等方面研究工作。