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近些年来,随着地下工程的增多,其加剧了地下水与泥沙在结构面间的渗流与堆积,造成结构面的抗剪能力弱化,致使事故频发。因此,对渗透水压作用下不同充填度结构面剪切-渗流耦合特性的研究有重要的实际意义。本文采用相似材料复制结构面,利用自主研发的煤岩剪切-渗流耦合装置对不同充填度,不同渗透水压影响下结构面的剪切-渗流耦合特性进行试验研究,来分析结构面的力学与渗流特性,形貌特征以及剪切-渗流耦合特性的变化规律与机制,主要的研究成果有:(1)在剪切-渗流耦合作用下,结构面的剪应力-剪切位移曲线呈现为峰值型,分为弹性与塑性两个阶段;法向发生剪缩现象,其变化曲线也分为法向位移增长至短期恒定与持续增长两个阶段;流量随剪切位移变化较简单,表现为初期的快速增长至峰值后保持稳定;对应剪切位移下剪应力与流量的变化趋势一致,而法向位移在阶段转折点时流量才会产生相应变化;(2)探讨恒定渗透水压下,不同充填度对结构面剪切渗流-耦合作用的影响。结构面峰值剪应力随充填度增大而减小;无充填物时,结构面法向发生剪胀现象,含充填物时,结构面法向发生剪缩现象。在未开始试验时,便能检测到有初始流量,且随充填度的增大而增加;无充填时结构面的峰值流量最大,含充填物时峰值流量随充填度增大而增加且对应剪切位移下结构面的剪应力与流量变化趋势相差很大;含充填物时,随充填度增大,剪应力与法向位移对流量的影响均减小;(3)探讨恒定充填度下,不同渗透水压对结构面剪切渗流-耦合作用的影响。结构面峰值剪应力随渗透水压的增大而减小;加载渗透水压后,法向仍发生剪缩现象,且随渗透水压的增大压缩量减小。结构面峰值流量随渗透水压的增大而增加,渗透水压很小时,流量曲线分为三个阶段:初期流量变化较小阶段,流量增长至峰值阶段以及基本稳定阶段,渗透水压变大后流量曲线只存在后面两个阶段;随渗透水压的增大,剪应力与法向位移对流量的影响均减小;综合分析得出在充填度与渗透水压共同作用时才会使法向发生剪缩现象;(4)分析结构面在试验前后形貌特征的变化以及剪切-渗流耦合作用的相关机制。随充填度与渗透水压的增大,三维形貌参数均在增加,即结构面的磨损逐渐减小;由于结构面的起伏度使裂隙开度实时变化,致应力集中,会使充填物形成一至两条主裂隙,成为渗流的主要导水通道;充填物随充填度增大造成破碎的部分变大,完整部分与破碎部分的交界即为导水通道,通道的冲刷痕迹明显。