稀疏不规则裂隙岩体模型三维水流-传热对温度和应力影响的试验研究

作     者：高俊义 项彦勇 GAO Jun-yi;XIANG Yan-yong

作者机构：北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 

出 版 物：《岩土力学》 (Rock and Soil Mechanics)

年 卷 期：2016年第37卷第11期

页      面：3145-3155页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家科技支撑计划课题(No.2013BAB10B06) 

主　　题：稀疏不规则裂隙岩体 热源 裂隙水流速 三维水流-传热 温度应力 模型试验 

摘      要：选取高放射核废物处置库重要预选场区甘肃北山地区的花岗岩,制作750 mm(宽)×300 mm(厚)×1 000 mm(高)的稀疏不规则裂隙岩体模型,该模型由18块花岗岩和竖向与斜向各两条裂隙组成,在裂隙及岩石内部埋置温度传感器、水压计、直角应变花,并在模型一侧设置局部热源,研究热源温度和裂隙水流速对岩石温度和应力的影响。结果表明,竖裂隙水主要从顶部进水口流向底部出水口,斜裂隙水主要从侧部进水口流向侧部出水口,竖裂隙与斜裂隙在交汇处存在微小流量交换;由于热源处在两条斜裂隙进水口之间,并且斜裂隙长度小于竖裂隙,岩石热传导与斜裂隙水流对岩石温度分布起控制作用,竖裂隙水流对岩石横向热传导起阻滞作用;由于热传导和水流传热的不规则性,上层岩石形成从左向右为主的传热路径,中层和下层岩石形成从上向下为主的传热路径;由于上、下层岩石温度梯度较小,岩石收缩受热拉应力,而中层岩石温度梯度较大,岩石膨胀受热压应力,大主应力的方向大致垂直于斜裂隙面与竖裂隙面的交线,岩石应力增量随斜平面方向的温度梯度增大而增大;热源温度越高,裂隙水流速越低,岩石温度越高、岩石应力越大,系统达到稳态需要的时间越长。