文档介绍：灾害与防治工程 2007 年第 1 期( 总第 62 期)
裂隙岩体渗流场与应力场耦合分析
方涛徐文彬胡海浪
摘要: 介绍了裂隙岩体渗流场与应力场耦合非线性分析的基本原理以及迭代耦
合计算方法, 并给出算例, 利用结果进一步验证了耦合机理的可靠性。
关键词: 裂隙; 渗流场; 应力场; 耦合
Coupling Analysis of Seepage Filed and Stress
Field for Rock Mass of Fracture
Fang T ao Xu Wenbin H u Hailang
Abstract T his paper introduces the method o f coupling analy sis and the theory of coupling
analysis of seepage filed and stress field for ro ck mass of fracture. It uses a mo del to sim u-
late the seepag e fields in different conditio ns to indicate that the coupling theo ry is r eliable.
Keywords fracture; seepag e field; stress field; coupling
水岩耦合是岩土工程领域的前沿课题之一, 其研究主要集中在渗流场与应力场的力学
耦合模型分析上。水与岩石之间的力学作用主要表现为渗流场与应力场之间的相互作用、
相互影响, 一方面, 渗流场的改变必然引起渗流体积力( 或面力) 和渗透压力的改变, 使作用
在岩体的外荷载发生变化, 从而改变了岩体的应力场分布, 另一方面, 应力场的改变引起体
积应变的改变, 使岩体各部位的空隙率发生变化, 渗透系数随之变化, 从而也改变了岩体渗
流场的分布, 当双场耦合达到某一平衡状态, 分别形成渗流场影响下的稳定应力场、应力场
影响下的稳定渗流场。岩体内部分布着较多的结构面, 它们是透水的主要通道, 将着重分析
裂隙结构面渗流场与应力场的非线性耦合关系。
1 基本方程与耦合原理
1. 1 基本方程
稳定渗流微分方程[ 1] 为
作者简介: 方涛( 1980- ) , 男, 三峡大学土木水电学院硕士研究生; 邮编: 443002。
10
9 9H 9 9H 9 9H
kx + k y + kz + W = 0
9x 9x 9y 9y 9z 9z
# 1
H ( x , y , x ) | 1 = H ( x , y , z )
9H 9H 9H
kx l x + ky l y + kz l z | # = q
9x 9y 9z 2
式中, H , H 1 为渗流场水头和#1 类边界条件上的已知水头; kx , k y , kz 分别为 x , y , z 方向的
渗透系数; q 为#2 类边界条件单位面积流量; W 为入渗量。
1. 2 裂隙岩体渗流模型
裂隙岩体渗流模型主要有 3 种: 等效连续介质模型、双重介质模型和裂隙网络介质模
型。等效连续介质模型把岩石-裂