非贯通裂隙岩石水-力耦合蠕变破裂机理与渗透性演化试验研究

Significantly involving engineering construction and long-term safe operation, creep rupture mechanism of intermittent jointed rock mass and its permeability evolution are one of the forefront research topics on rock mechanics and engineering.With Triaxial Seepage-Rheology Test System, an experimental investigation has been conducted to study the creep rupture mechanism and permeability evolution property of the intermittent fissured rock concerning hydromechanical coupling.Based on these tests, creep and strength behaviors of rock under the condition of hydromechanical coupling have been analyzed. Also studied is the expansion and linking mechanism of rock. For intermittent fissured rock, under this condition, a new methodology and a criterion of determining long-term strength have been developed and suggested, as well as the formulations of permeability coefficient. With significant theoretical innovation and engineering values, this research will help to expand and improve the theoretical system on rheology and coupled stress-fluid of intermittent jointed rock mass. Further studies on the issue of long-term stability in major rock engineering will be greatly benefited.

非贯通节理裂隙岩体的蠕变破裂机理与渗透性演化问题，是事关岩石工程长期安全稳定的重要研究课题，也是岩石力学与工程学科领域的前沿性研究课题。本项目应用岩石三轴渗流-流变力学试验系统，开展非贯通裂隙岩石水-力耦合蠕变破裂机理与渗透性演化的试验研究，分析水-力耦合作用下非贯通裂隙岩石蠕变特性与强度特性，研究岩石非贯通裂隙水-力耦合作用下蠕变扩展、贯通与破裂机理；提出水-力耦合作用下非贯通裂隙岩石的长期强度确定新方法及长期强度准则，建立反映非贯通裂隙岩石水-力耦合蠕变破裂机理与渗透性演化的渗透系数表达式。研究成果将有助于拓展和完善非贯通节理裂隙岩体的流变力学理论和渗流应力耦合理论体系，具有重要理论创新；将有助于重大岩石工程的长期稳定性问题深入研究，具有重要工程价值。

高坝坝基、拱坝坝肩、大型地下洞室群、岩石高陡边坡等重大岩石工程处于复杂的地质环境之中，其长期稳定性和安全性与裂隙岩石的流变力学特性紧密相关，尤其是工程裂隙岩体在复杂地下渗流环境状态下所表现来的流变特性及其流变过程中的渗流特征变化，更是对工程的长期稳定性带来众多不利影响。因此，经过本项目3年持续不断的深入研究，取得了如下成果：. (1) 对工程裂隙岩石进行了水-力耦合作用流变力学试验。通过三轴流变力学试验结果，研究了裂隙岩石的流变力学特性与流变速率变化规律，并对流变剪切破裂和拉裂破裂断口进行了电镜扫描，分析了试样流变破裂的形式及宏细观破裂机理；根据流变试验结果，绘制了流变应力-应变试验曲线，分析了变质火山角砾岩的流变应力-应变特性；研究了变质火山角砾岩长期强度的确定方法，提出了一种基于流变应力-应变曲线确定岩石长期强度的方法。. (2) 对工程裂隙岩石渗流-应力耦合特性理论进行了分析，探讨了岩石的有效应力定律以及渗流应力之间的耦合关系；基于裂隙岩石流变力学试验过程中渗流试验结果，分析了裂隙岩石流变全过程中的渗透性演化规律，并对其渗透演化机理进行了分析；研究了裂隙岩石的流变损伤演化规律，推导了裂隙岩石渗透性与应力-应变关系方程，以及裂隙岩石渗透性与流变应力-应变之间的关系方程。. (3) 在国内外学术交流方面：在基金的资助下参加了国内外本领域重要学术会议5次，如第12次全国岩石力学与工程学术大会，基金委主办的岩土力学与岩土工程国际研究热点前沿青年科学家论坛，SINOROCK2013——3rd ISRM Symposiumon Rock Mechanics, 中加土木工程与环境学术研讨会，5th Canadian Symposium on Teaching and Research Excellence等，在这些会议上都作了关于本课题研究成果和进展的学术报告。. (4) 本课题共发表学术论文共计13篇，其中SCI论文7篇，EI论文4篇。协助培养博士生2名，硕士研究生3名；授权发明专利4项，申请发明专利6项；软件著作权5项，并获得水力发电科学技术奖特等奖1项，排名第11。. 综上，本课题在基金项目资助下，圆满完成了各项工作任务，取得了高质量的研究成果，达到了预期研究目标。