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1、第12章 渗透性 permeability 12 1 引言 uThe subject of permeability is concerned with fluid flow through a material or rocks and rock masses in our current context and is one of the most difficult topics facing the practising rock engineering uRock mass contains discontinuities and discontinuities are prefer
2、ential flow paths uThe subject of permeability of rock mass can be studied in terms of the effective permeability of discontinuity networks 12 2 基本定义 渗透率permeability is the specific discharge is the pressure gradient causing flow is the fluid viscosity and are the components of the permeablity tenso
3、r 岩石中一维水流方程 K 渗透系数coefficient of permeability or hydraulic conductivity lThe most basic form and for the case of laminar flow links the water flow rate to the pressure gradient is l达西定律 Darcy s law lQ the flow rate 单位时间的流量 lA the cross sectional area of the flow li the hydraulic gradient 12 2 主 次渗流
4、u定义 Primary permeability Secondary permeability rock matrix rock mass u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 Hoek and Bray 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 n土体结构疏松 以孔隙为主 1 土体渗透性大小取决于粒径 颗粒越细 渗透性越差 2 土体可视为多孔连续介质 3 土体的渗透性一般具有均质各向同性 4 土体渗流符合达西定律 n
5、岩体以裂隙渗流为主 1 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 2 岩体渗流以裂隙导水 微裂隙和岩石孔隙储水为 其特点 3 岩体裂隙网络渗流具有定向性 4 岩体一般被视为非连续介质 5 岩体的渗流具有高度的非均质性和各向异性 6 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 7 岩体渗流受应力场影响明显 8 复杂裂隙系统中的渗流 在裂隙交叉处具有 偏 流效应 n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
6、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 n地下水对岩体的物理作用 n润滑作用 不连续面上摩阻力减小 岩体 的摩擦角减小 n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 n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 n地下水对岩体的化学作用 n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
7、体的力学性状 n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 n水化作用 n水解作用 n氧化还原作用 n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 grouting and blasting uReduce the permeability of a fractured rock mass grouting uBlasting Stress wave create a large artificial discontinuity pre split blasting
