裂隙刚度随应力变化对双重孔隙介质热-水-应力耦合影响的有限元分析

张玉军，徐 刚，杨朝帅

（中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，武汉 430071）

1 引 言

在地层深部，由于地应力、温度及水头均较高，使得岩体的物理力学性质与浅埋时相比有显著的不同[1]。对岩体裂隙而言，其变形刚度、开度及渗透性都要受到热、水、应力、化学等广义力源场的强烈作用，从而与这些因素呈现出明显的非线性关系。对此国内外学者已进行了大量研究。如Rutqvist等[2－3]提出了立方-块体概念模型，将裂隙的开度表示为法向应力的指数函数，用其对裂隙的渗透系数进行修正；Min等[4]基于室内试验结果，认为岩体裂隙渗透率的改变起因于多种因素，从而提出了加载（闭合）和卸载（张开）时单条裂隙开度变化的数学模型；Olivella等[5]在裂隙孔隙率与岩体体积应变（其取决于平均应力和温度）之间建立起关系，以此给出了裂隙的渗透系数-孔隙率经验公式；Yasuhara等[6－8]考虑应力腐蚀、压力溶解和自由面溶解、沉淀对裂隙扩张与闭合的作用，建立了相应的裂隙开度随时间演化的表达式；刘才华等[9]通过对人工充填砂裂隙实施剪切试验，提出了剪应力和法向有效应力耦合作用下裂隙岩石的渗流模型；陈益峰等[10]通过将岩体单裂隙视为非关联理想弹塑性体，导出单裂隙在压剪荷载作用下，其机械开度和水力传导度的解析模型。而在描述裂隙的力学性质、应力与位移的关系方面，现在有著名的常刚度的 Goodman模型[11]、变刚度的连续屈服模型[12]和Barton-Bandis模型[13]。

在……