1前言

　　裂隙巖體是一種非均質(zhì)、不連續(xù)、各向異性的材料，與其他人工材料存在巨大的差異。裂隙系統(tǒng)為地下水的儲(chǔ)存與流動(dòng)提供了場所，構(gòu)成了巖體復(fù)雜的力學(xué)性質(zhì)和滲透性質(zhì)。巖體的滲透特性和水力耦合作用是近年研究的熱點(diǎn)問題，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，90%以上的巖體破壞與30%以上的大壩失穩(wěn)等都與地下水的滲透力密切相關(guān)，故對裂隙巖體進(jìn)行滲流研究是具有十分重要意義的。

　　2滲流耦合模型

　　2.1滲流場-應(yīng)力場耦合模型

　　1925年太沙基提出了飽和土體的一維固結(jié)理論，提出土的力學(xué)性質(zhì)取決于其有效應(yīng)力;Biot[1]將孔隙流體壓力與水容量建立關(guān)系，初次考慮了滲流過程中的流固耦合效應(yīng)，其建立的三維固結(jié)理論只能考慮介質(zhì)的變形對流體質(zhì)量的影響，但不能考慮對固體滲透系數(shù)的影響，固只能反映流固之間的線性耦合;Brace[2]首先研究了在高圍壓和孔壓下花崗巖的滲透率的變化。

　　對巖體的裂隙而言，應(yīng)力場的變化主要表現(xiàn)在裂隙的開度變化上，相同條件下，應(yīng)力場應(yīng)力越大，裂隙開度越小甚至閉合，反之亦然。巖體的滲流與應(yīng)力場存在著十分密切的作用，稱之為應(yīng)力場-滲流場耦合。

　　Louis[3]首先提出了單裂隙的滲流場與應(yīng)力場之間的耦合關(guān)系公式中：Kf為縫隙的滲透系數(shù);K0為初始滲透系數(shù);a為待定參數(shù);σ為法向應(yīng)力

　　在一定的法向應(yīng)力下，裂隙的滲流量發(fā)生變化的主要影響因素是裂隙的寬度，故很多學(xué)者建立了力學(xué)隙寬與法向應(yīng)力之間的公式，再根據(jù)力學(xué)隙寬與等效水力隙寬之間的關(guān)系，求導(dǎo)出滲透性與應(yīng)力之間的關(guān)系。以Barton[4]提出的公式為例，公式利用了Bandis提出的雙曲線型曲線模型，考慮了bh與bm不等的實(shí)際情況，經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)研究提出的。式中：bh為力學(xué)隙寬，bm為等效水力寬度;bm0為初始等效水力寬度;kn0為初始法向滲透系數(shù)。

　　2.2 滲流場-溫度場耦合模型

　　溫度場一方面受地殼淺層溫度分布和熱狀態(tài)的控制，另一方面受裂隙中的裂隙滲流場的影響。目前關(guān)于裂隙滲流場與溫度場的耦合問題已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但這方面的研究還較少。熱力場的傳導(dǎo)主要有：傳導(dǎo)、對流、輻射。巖體作為一種固體，流體與固體之間的傳導(dǎo)為其主要熱傳遞方式，裂隙水流的流動(dòng)，可以使巖體的溫度相互傳導(dǎo)，達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)果。巖體溫度場分布模型公式中: Ca—巖石材料的熱容量;T—滲流液體的溫度;T/---源匯項(xiàng)的溫度;t—時(shí)間; cρ—滲流液體的熱容量; vi—滲透速度;xi, xj—裂隙位置的笛卡爾坐標(biāo);λija—巖體熱動(dòng)力彌散系數(shù)張量。

　　裂隙巖體中的溫度場與滲流場的相互作用表現(xiàn)為以下兩個(gè)方面[5]：

　　1) 當(dāng)巖體內(nèi)存在滲流時(shí)，巖體內(nèi)的滲透運(yùn)動(dòng)可以使巖體的溫度發(fā)生熱交換，使巖體內(nèi)的溫度場重新分布。

　　2) 巖體內(nèi)的溫度變化，會(huì)直接導(dǎo)致滲流水體的滲流特性及巖體的滲透性能的變化，發(fā)生滲流場的改變。

　　這兩個(gè)方面互相影響，相輔相成，從而使巖體內(nèi)的溫度場與滲流場達(dá)達(dá)相對穩(wěn)定。

　　2.3 滲流場-損傷耦合模型

　　巖體由巖橋及不連續(xù)面組成，在工程施工的擾動(dòng)下，相鄰的不連續(xù)面擴(kuò)展進(jìn)而相互貫通是工程巖體存壞的主要方式。人們逐漸認(rèn)識到損傷、裂隙的擴(kuò)展對巖體的滲流影響顯著。Zhang[6]在大理石與方解石等試樣上做滲透實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著應(yīng)變的增加，滲透率增加得更加明顯。Mordecai和Morris[7]在砂巖的斷裂實(shí)驗(yàn)中，滲得巖體的滲透率會(huì)增加20%。

　　建立起滲透系數(shù)與損傷模型之間的關(guān)系，即為滲流場-損傷耦合模型，由于實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是基于單軸拉伸和壓縮狀態(tài)下的，根據(jù)計(jì)算，結(jié)果與實(shí)內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差較少，模型假設(shè)應(yīng)力與滲透率的關(guān)系滿足負(fù)指數(shù)方程，并延伸到拉伸坐標(biāo)軸。

　　3 結(jié)論

　　本文在前人研究資料的基礎(chǔ)上，對巖體滲流進(jìn)行了總結(jié)與研究。全面總結(jié)了裂隙滲流的基礎(chǔ)理論，并對裂隙滲流的模型資料進(jìn)行了一定深度的鉆研，列舉出滲流場-應(yīng)力場、滲流場-溫度場、滲流-損傷耦合模型的研究現(xiàn)狀及計(jì)算過程。滲流作為巖體破壞的主要原理和機(jī)制，是值得重點(diǎn)分析與研究的，在實(shí)際工程中更具有重要的指導(dǎo)意義。

　　參考文獻(xiàn)

　　1. Biot, M. A.. General theory of three-dimensional consolidation[J]. J. Appl. Phys., 1941, 12: 155- 164

　　2. Brace, W. F., Walsh, J. B., Frangos, W. T., Permeability of granite under high pressure[J]. J. Geophys. Res., 1978, 73(6): 2225-2236

　　3. Louis C.Rock hydrolics[A].In：Muller L ed.Rock Mechanics[M].New York：Elsevier Science，1974

　　4. Barton, N，Bandis, S，Bakhtar K.Strength，deformation and conductivity coupling of rock joints[J]. Int. J. Rock Mech. Min.Sci. and Geomech.Abstr. , 1985, 22(3): 121-140

　　5. Wheeler, S. J., Sivakumar, V. Development and application of a critical state model for unsaturated soil[C]. Predictive Soil Mechanics，Proceedings of the Wroth Memorial Symposium. London：Thomas Telford, 1993: 709-728.

　　6. Zhang, S., Cox, S. F. Paterson, M. S. The influence of room temperature deformation on porosity and permeability in calcite aggregates[J]. J. Geophys. Res. , 1994, 99(15):15761-15775

　　7. Mordecai, M., Morris L. H. An investigation into the changes of permeability occurring in a sandstone when failed under triaxial stress conditions[J]. Pro. U. S. Rock Mech. Symp., 1971,12:221-239