应力条件下含贯穿单裂隙岩体渗透性能:论基质渗透性的影响
编号:3794
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更新:2023-04-20 22:15:20
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口头报告
摘要
岩石摩擦是自然界和工程实践中常见的一种现象,如岩质边坡的滑动、地震断层的错动等,均涉及岩石摩擦,探索岩石摩擦强度及稳定性成为深入认知滑坡、地震等灾害前兆特征和成因机制的关键(Zhong et al., PAG, 2016, 173: 525-536)。室内摩擦实验是探索岩石摩擦性质的主要手段(Zhong et al., JRMGE, 2023),为此,本研究采用自主研制的三轴剪切-渗流耦合试验装置对光面和充填玄武岩试样开展了水力耦合条件下的岩石摩擦实验,玄武岩试样取自于浙江新昌下山村玄武岩台地滑坡。具体对玄武岩试样开展了速度步长(VS)实验和滑动-保持-滑动(SHS)实验,实验的剪切速度介于1-30 μm/s,有效正应力介于1-5 MPa,孔隙水压介于70-300 kPa。实验获得的玄武岩摩擦系数在0.67-0.74范围内,且摩擦系数的大小依赖于断层泥充填厚度、有效正应力和孔隙水压等因素。具体而言,随着充填厚度、有效正应力和孔隙水压的增加,摩擦系数降低。通过进一步对比分析实验前、后玄武岩滑动界面的表面形貌发现,由于滑动产生的磨损颗粒物,因而摩擦系数随有效正应力增加而降低是由颗粒润滑(powder lubrication)作用引起。此外,VS实验结果表明,在1-30 μm/s剪切速度下,玄武岩主要表现出速度强化特征,并且速度强化现象几乎不受充填厚度、有效正应力和孔隙水压变化的影响。然而,剪切速度和有效正应力的变化可以导致稳定性在稳定和不稳定滑动之间的转变。具体来说,在本研究中,高剪切速度和低有效正应力有利于稳定滑动。最后,我们通过速率-状态摩擦(RSF)公式拟合实验数据,获得了摩擦速率参数(a-b)和状态参数(Δμ和Δμc)。所计算得到的摩擦速率参数a-b均大于零,进一步验证了玄武岩的速度强化特征。保持期间摩擦强度的下降量(Δμc)和重新滑动后摩擦强度的愈合量(Δμ)均与保持时间的对数成线性比例关系,这可能归因于实际接触面积随着保持时间的增加而增长(Zhong et al., JRMGE, 2023)。本研究采用自主研发的三轴剪切-渗流耦合试验装置探索了水-岩相互作用下玄武岩的摩擦性质,分析了充填厚度、有效正应力和孔隙水压等因素对摩擦强度及稳定性的影响,为深入认知玄武岩台地边坡滑动稳定性提供了理论基础和技术支撑。
关键词
水-岩作用,玄武岩,界面摩擦,速度强化,愈合
稿件作者
钟振
绍兴文理学院
胡云进
绍兴文理学院
张丰收
同济大学
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