我國銅、金等金屬礦產(chǎn)多賦存于花崗巖區(qū)或其構(gòu)造破碎帶附近。在露天開采條件下，此類礦山易形成大量花崗巖邊坡。由于花崗巖節(jié)理面上的長石、云母類礦物在蝕變和風(fēng)化作用下易轉(zhuǎn)化為高嶺土，高嶺土充填型節(jié)理成為花崗巖區(qū)金屬礦山邊坡的重要地質(zhì)安全隱患，在降雨等外部因素作用下極易引發(fā)滑坡等工程地質(zhì)災(zāi)害。因此，防治該類災(zāi)害的關(guān)鍵在于厘清常法向荷載邊界條件下，滲透水壓對(duì)充填型花崗巖節(jié)理的剪切—滲流耦合特性與機(jī)理的影響規(guī)律，開展相關(guān)試驗(yàn)研究具有重要的理論意義與工程價(jià)值。

鑒于此，福州大學(xué)曹洋兵團(tuán)隊(duì)高嶺土充填型花崗巖節(jié)理為研究對(duì)象，采用適用于礦山邊坡工程的常法向荷載（CNL）邊界條件，設(shè)計(jì)了3種滲透水壓和5種充填度的試驗(yàn)方案，開展充填節(jié)理剪切—滲流耦合試驗(yàn)，系統(tǒng)分析了不同工況下充填節(jié)理的剪切—滲流耦合特性與機(jī)理。研究成果可為深入認(rèn)識(shí)花崗巖邊坡失穩(wěn)成災(zāi)機(jī)制，以及合理選取充填節(jié)理力學(xué)—水力學(xué)參數(shù)提供技術(shù)支撐。

剪切—滲流耦合特性分析

基于試驗(yàn)得出的結(jié)果，可見花崗巖節(jié)理在剪切—滲流耦合作用下其剪切應(yīng)力—剪切位移曲線有“單臺(tái)階型”“雙臺(tái)階型”與“峰值-臺(tái)階型”三類。剪切應(yīng)力—剪切位移曲線除在剪切位移小于1 mm左右時(shí)較為平滑外，其余剪切位移階段的剪切應(yīng)力總體呈波動(dòng)起伏狀。節(jié)理法向位移—剪切位移曲線基本都為上凹狀的“剪縮-剪脹型”曲線。節(jié)理滲流量—剪切位移曲線有“波動(dòng)降低型”與“總體平穩(wěn)型”兩類，滲透水壓為0.3 MPa、充填度為0.75和1的條件下節(jié)理在剪切盒出水口處無滲流量產(chǎn)生，其余工況初始滲水時(shí)間主要在第一個(gè)剪切應(yīng)力臺(tái)階或第一個(gè)峰值剪切應(yīng)力之后出現(xiàn)。

節(jié)理剪切剛度主要分布于0.1~1 GPa/m范圍；峰值摩擦角主要分布于29°~48°范圍，峰值剪脹角主要分布于-8°~8°范圍，兩者均隨充填度增大而降低。同一充填度下節(jié)理平均滲流量隨滲透水壓增大而近似線性增大，并且擬合直線的斜率隨充填度增大呈逐漸增大趨勢。水力隙寬主要分布于0.15~0.21 mm范圍，平均幾何隙寬與水力隙寬的比值主要分布于3.6~26.9范圍，并隨充填度增大而增大。

剪切—滲流耦合機(jī)理探討

供稿：曾文旭

編排：余思晨

審核：王小兵

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