1、隨著經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和對再生能源的需求，國家對各類地下工程的需求在不斷增加，地下工程的失穩(wěn)大多與地下水的滲流有關。節(jié)理是巖體中的軟弱面，也是水流的主要通道，其力學和滲流性質(zhì)是影響工程穩(wěn)定的關鍵因素。而節(jié)理面的強度和變形及其滲流特性取決于節(jié)理表面形貌特征，節(jié)理在不同接觸狀態(tài)下的強度和變形及其滲流特性取決于節(jié)理組合形貌特征。因此，研究節(jié)理的表面形貌-滲流-力學耦合特性，并建立經(jīng)驗公式具有重要的實際意義。
　　 論文承國家自然科學基金

2、項目(《含非貫通節(jié)理擴展貫通的節(jié)理巖體應力-滲流耦合模型和分析方法研究》(N0.40472142)和《柱狀節(jié)理巖體的擾動特性和分析方法研究》(N0.40972178)支持，對取自雅礱江錦屏二期水電站輔助洞大理巖試樣，主要開展了以下幾方面的研究：①用自行研制的TJXW-3D型巖石節(jié)理表面形貌測量儀，對利用劈裂法所制成人工節(jié)理的表面形貌進行測量；②用自行編制的表面形貌計算軟件，對表面形貌的統(tǒng)計參數(shù)和分形維數(shù)進行計算；③用穩(wěn)定接觸狀態(tài)判斷法則

3、和移動接觸算法，確定處于指定狀態(tài)下節(jié)理所處的相對位置，并用所編制的組合形貌計算軟件，計算該狀態(tài)下的組合形貌參數(shù)，包括疊加參數(shù)、空腔參數(shù)以及分形維數(shù)；④在對節(jié)理表面形貌、組合形貌進行分析的基礎上，進行單節(jié)理的滲流實驗；⑤在節(jié)理滲流實驗的基礎上，進一步施加法向荷載，進行單節(jié)理的法向應力-滲流耦合實驗；⑥在節(jié)理法向應力-滲流耦合實驗的基礎上，進一步施加剪切荷載，進行單節(jié)理的剪切-滲流耦合實驗；⑦對節(jié)理的滲流、法向應力-滲流耦合和剪切應力-滲流

4、耦合經(jīng)驗公式進行了推導。
　　 主要研究成果如下：
　　 第一，自行研制了結(jié)構光柵投影式巖石表面三維形貌測量儀。
　　 第二，研究了巖石節(jié)理形貌特點，提出組合形貌中疊加參數(shù)和空腔參數(shù)的概念，并對其形貌參數(shù)進行分析研究。
　　 第三，對發(fā)生不同錯位節(jié)理的接觸狀態(tài)進行模擬，用穩(wěn)定接觸狀態(tài)判斷法則和移動接觸算法，計算出達到穩(wěn)定接觸狀態(tài)時節(jié)理所處的相對位置；
　　 第四，編制了節(jié)理表面形貌參數(shù)的計算軟件，

5、可以計算出表面統(tǒng)計特性參數(shù)和分形維數(shù)；編制了組合形貌計算軟件，可以計算不同接觸狀態(tài)下節(jié)理的組合形貌參數(shù)，包括疊加參數(shù)、空腔參數(shù)以及分形維數(shù)。
　　 第五，研究了巖石節(jié)理的滲流特性，并提出較合理的滲流經(jīng)驗公式。對節(jié)理滲流實驗的實測數(shù)據(jù)進行分析，并與傳統(tǒng)經(jīng)驗公式進行比較，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)公式的不足之處。通過對實驗結(jié)果的進一步分析，得到了更為合理的包含組合形貌參數(shù)的滲流經(jīng)驗公式。同時，還建立了包含表面二維分形維數(shù)和空腔三維分形維數(shù)的節(jié)理滲流經(jīng)

6、驗公式。對不同接觸狀態(tài)下節(jié)理的滲流進行理論分析，并建立了數(shù)學模型，提出了用于表征處于不同接觸狀態(tài)下節(jié)理滲流特性的參數(shù)--節(jié)理接觸系數(shù)JCC。
　　 第六，研究了巖石節(jié)理的法向應力-滲流耦合特性，并提出較合理的法向應力-滲流耦合經(jīng)驗公式。在滲流實驗的基礎上，進行節(jié)理在不同接觸狀態(tài)下的法向應力-滲流耦合實驗。將實測數(shù)據(jù)分別與傳統(tǒng)經(jīng)驗公式計算結(jié)果進行比較，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)經(jīng)驗公式的不足之處。通過對實驗數(shù)據(jù)進行分析，建立了包含表面形貌參數(shù)的節(jié)理

7、法向應力.滲流耦合經(jīng)驗公式。對法向應力作用下滲流機理進行了分析，得到了不同接觸狀態(tài)下節(jié)理法向應力-滲流耦合模型。
　　 第七，對巖石節(jié)理的剪切-滲流耦合特性進行了研究，并提出較合理的法向應力-滲流耦合經(jīng)驗公式。在滲流實驗和法向應力-滲流耦合實驗的基礎上，利用自行加工設備，進行節(jié)理在不同接觸狀態(tài)下的剪切-滲流耦合實驗。通過對實驗數(shù)據(jù)進行分析，建立了包含表面形貌參數(shù)的節(jié)理剪切-滲流耦合經(jīng)驗公式。此外，還對對剪切力作用下滲流機理進行了