水箱荷载怎么换算线荷载

2311 岩体裂隙中地下水的流动

岩体裂隙的渗透性。裂隙是地下水流动的控制因素，以水力学的理念而论，可以认为岩体是由许多裂隙组成的一种含水和导水介质，对裂隙中地下水的流动，可从单裂隙水流动特性着手，所得成果对其他有差异性裂隙作必须性修正，以掌握全貌，水在岩体中的运动速度或渗透速度(v)可采用下列公式表达

反应力应变岩石力学在工程中应用

式中:K1K2层流紊流时的渗透系数(米/昼夜);i水流的水力梯度i=gard(P/γw);P为该点的水压力;γw水容重。

i值在裂隙中不同位置处，由于浮托力或黏滞流的阻抗力，产生裂隙表面力的差值，形成扬压力。水力所形成的体积力与熵变所产生的反向力叠加，会使岩体产生体变，影响渗流系数。

n为非线性度指数，层流时n=1，完全紊流时n=05，根据刘易斯(CLouis)等(1982)的研究，通过一个单独的宽度固定为e的裂隙，其流速表达式为:

反应力应变岩石力学在工程中应用

式中:μ为水的运动黏滞系数。

考虑到裂隙面的粗糙度及充填情况，刘易斯提出如下修正式v=(γwe2/12μc)i

式中:c为裂隙面粗糙度修正系数，取决于裂隙面相对粗糙度a/D。a为裂隙面的绝对粗糙度，由其凹凸的高度表示。D为水力直径。按裂隙张开度的两倍来计算，据刘易斯(1967)的研究。当相对粗糙度大于0033时c=1+88(a/D)15

根据达西定律，则裂隙中水体渗透系数为

反应力应变岩石力学在工程中应用

其流量为

若裂隙中有充填物质，充填物的渗透系数高于岩体的渗透性，则其渗透系数由填料渗透性决定。

如有一组宽度为e，面的间距为d的张开裂缝组，则可得到适用于该岩体体系的下述

渗透系数表达式

岩体单宽流量

2312 岩体中熵情变化引起岩体中水力学特性变化

岩体是具体变的弹性体，在受水力学的i作用力，残余构造应力，以及岩体中的裂隙水压力与温度变化所产生的应力影响时，会产生体变，改变裂隙体积，影响渗透系数，JC塞拉芬在《间隙水对岩体性能的影响》一文中指出，坚硬岩体的渗透系数是由裂隙的张开程度和间距情况决定。在研究那些具有显著特点裂隙发育的岩体时，理论解的用处很小，这种情况应该谋求近似的工程解。在渗流研究中，用裂隙平均宽度ex、ey、ez及平均间距dx、dy、dz求岩体三维方向渗透性的主要分量，为:

反应力应变岩石力学在工程中应用

其单位时间的岩体断面流量:

反应力应变岩石力学在工程中应用

上述k值可说明裂隙充填物和裂隙面粗糙的影响，这些值也是随温度而改变的，因为水的黏滞性，随温度变化而改变，并且也可能改变裂隙宽度。根据一些水库与大坝的观测资料，在某些情况下，温度的变化可以显著地有助于裂隙的启闭，从而影响了渗透系数，也影响了包含在单位体内Δv中水的重量。实际上如果考虑水库底层水温比岩体温度低5℃，而裂隙间距为1m，则裂隙张开，其最大值可达005mm。文中在研究裂隙水压引起的应力状态一节中指出由孔隙压力P(x·y·z)引起的应力状态，等效于在每一点上的值为ηp的静水扩张应力引起的应力状态，与由温度变化而产生的应力状态相叠加，这一温度变化等于

反应力应变岩石力学在工程中应用

式中:η=1－(Ev/Er);Ev、Er分别为岩体弹性模量与岩石弹性模量。

上述情况最早由霍夫曼证实，其他很多学者也曾对此进行研究。

从上述简单介绍中可以得知熵变在岩体力学与水力学研究中已有关注。但将温度变化应力包含于孔隙或格里菲斯式裂隙的应力ηp之中，未真正显现墒变效应的特性。熵变过程所引起的应力变化，要与岩体力学水力学一并考虑。其影响既有简单叠加，又由于熵情在垂向空间是连续的变量，这个变量会影响岩体力学性和岩体水力学特性的变化。因此在后面有关问题的分析研究中，则采用第1章中的式(112)式(111)式(116)式(117)式(118)。作应力研究中的单因素叠加，易于研究熵变所引起的胀缩而形成的不同影响，其不仅是热膨胀问题，从天然与人工工程的一些灾变事例中，冷热因素占有非常重要的主导地位。在反应力应变状态下，冷缩影响是破解灾变工程形成机理的钥匙。从实际情况看，昼夜温变在10℃左右;晴雨温变、雨水与地表岩体温差更可达10℃以上，在地层表部变温带，地温呈传导规律性升降，雨水下渗引起地下水循环与温变，而形成冷缩效应，依据表13中一些坚硬岩的冷缩系数，为(05～1)×10－5/℃。则昼夜冷缩系数为(05～1)×10－4，若节理间距为1m，则冷缩而使裂缝张开为(05～1)×10－4×103=005～01mm，远大于水分子的直径千万倍以上，使原不透水节理成为透水的节理，使流速v=(γwe2/12μ)i中的e增大使流速增大。使k=γwe2/12μc中的c因水力直径D增大而减小，由于e的增大，c的减小，使k值增大。1条裂隙不同位置A与B间水力梯度，由两者间的水头差异与距离长度l间的渗流阻尼特性所决定，为非固定值，A点位置处的

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式中:Z为标高;p为该点压力;γw为水的容重;UA即为A点的水矢量，B点处的iB=grad［Z+(p/γw)］=grad(UB)，如Z无变化，则iAB=［grad(A)－grad(B)］/l=H/l，H为A点与B点间水位差。B点处水头随渗流系数的阻尼特性而变。岩体的渗透性。可以由固体和液体的物理特性确定。

反应力应变岩石力学在工程中应用

式中:D为岩体中渗流通道的有效直径，或岩体的结构特征尺寸;Cn为由岩体结构几何形状而定的无因次量。

在熵情变化形成温降产生固体冷缩时，造成通道直径增大，减少了渗流阻尼条件提高了B点处水头，减少了A、B点间差值。增加了B点处的i值。若B点为泄出点，H/l为定值，则K值增大，而使流速变大。

在反应力应变作用下，若水头来自圹埧水库等处，有一定水源，将产生浮托力，使具裂隙的岩体，因冷缩而减少了变形中的相互制约，形成近散体特性，渗水冲击力作用，产生扰动破坏甚至溃决性灾变。

水流冲击力

式中:C为系数;ρw流水密度;R岩体中的岩块半径;v水的流速。工程中产生突发性冲蚀灾变作用时，流速与岩块碎屑粒大小之间的关系为R=qv2，q为水的单宽流量系数。

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