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结构面水力学性质

/hydraulic properties of discontinuity/
最后更新 2024-12-05
浏览 113
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结构面在渗流水的作用下所表现出的性质与状态。

英文名称
hydraulic properties of discontinuity
所属学科
土木工程

水在结构面中的作用主要包含三个方面,即物理性质、化学性质和力学性质。

物理性质。水对结构面的物理作用主要体现在:①润滑作用。使得结构面上的摩擦阻力减小以及作用在不连续面上的剪应力效应增强,结果沿不连续面诱发岩体的剪切运动。这个过程在斜坡受降水渗入使得地下水位上升到滑动面以上时尤其显著。②软化和泥化作用。主要表现在对结构面中充填物的物理性状上的改变,结构面中充填物随含水量的变化,发生由固态向塑态直至液态的弱化效应。③结合水的强化作用。处于非饱和带的岩体,其中的地下水处于负压状态,此时的地下水不是重力水,而是结合水。按照有效应力原理,非饱和岩体中的有效应力大于岩体的总应力,地下水的作用是强化了结构面的力学性能。

化学性质。水对结构面的化学作用,主要指地下水与岩体之间的离子交换、溶解作用、水化作用、水解作用、溶蚀作用、氧化还原作用、沉淀作用等;地下水对结构面的化学作用大多是同时进行的,一般来说化学作用进行的速度很慢。

力学性质。水对结构面力学性质的影响主要通过孔隙静水压力和孔隙动水压力来施加的。前者减小岩土体的有效应力而降低岩土体的强度,在结构面中的孔隙静水压力可使裂隙产生扩容变形,甚至产生水力劈裂现象;后者对结构面产生切向的推力从而降低岩土体的抗剪强度。

影响因素。主要因素包括结构面的分布密度、产状、张开度、粗糙性、充填物等。同时还受结构面应力状态和水流特征的影响。在研究结构面水力学特性时,以上诸多因素不可能全部考虑到,往往先从最简单的单个结构面开始研究,而且只考虑平面光滑无填充的情况,然后根据结构面的连通性、粗糙起伏及充填等情况进行适当的修正,对于含多组结构面的岩体水力学特性则比较复杂,研究成果不多,一般用等效连续介质模型和数值模拟方法来研究。

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