摘要：裂隙岩体气液渗流会导致岩体失稳形成灾害,也会促进地下水、油、气运移。文章采用激光扫描获取天然粗糙裂隙面三维数据,使用3D打印技术生成可视化裂隙模型,基于高速相机获得气驱液过程瞬态影响数据,研究粗糙裂隙气驱液受流量、液体物性与裂隙面展布方向的影响特征。结果表明,气体流量显著影响气液驱替时间,流量越大驱替完成越快。液体物性不同,驱替效果差别不显著。裂隙倾角对驱替行为影响显著,低角度下驱替效果较好。此结果可为裂隙气液两相流研究提供实验基础。

摘要：为研究岩石粗糙裂隙水力特性,建立了基于格子Boltzmann的压力模型。通过对3组不同试件(平板光滑裂隙、矩形非吻合裂隙、随机隙宽裂隙)的模拟,拟合出流量与平均隙宽的关系。研究结果表明,在所计算的10种工况中,3组裂隙中的水流都接近于层流。只有平行光滑裂隙中的水流的流量与平均隙宽近似成立方关系,矩形非吻合裂隙和随机隙宽裂隙中的流量与平均隙宽呈现超立方关系。改变平均隙宽和进出口压力都会导致流量与平均隙宽的关系变化。同时,进出口压力的改变也会造成两者之间产生次立方关系。

摘要：岩体粗糙裂隙的细部特征对区域整体渗流分析影响很大,以往渗流分析往往没有考虑粗糙裂隙细部特征以及其对整体渗流分析的影响。提出子单元法来分析岩体粗糙裂隙网络渗流,则可以较好的分析上述影响。子单元法将每一裂隙当成一个单元,裂隙内部则分成若干子单元,裂隙单元的总体水力特征受所有的子单元联合作用控制,而细部水力特征由单一子单元体现。根据单裂隙开度分布统计规律模拟裂隙开度分布,将单裂隙等长分段(子单元),根据模拟开度参数求得裂隙中任一子单元的平均隙宽,进一步推导裂隙的单宽流量公式和子单元结点的水头公式。利用岩体裂隙网络渗流理论,结合粗糙单裂隙等宽流量公式,求得各裂隙结点水头,进一步求得裂隙的单宽流量,进而求得裂隙子单元水头和流速。通过分析可得粗糙裂隙网络渗流与平滑裂隙网络存在明显不同:(1)裂隙网络中任一裂隙单宽流量计算公式不同,粗糙裂隙的等效水力隙宽小于平均隙宽;(2)裂隙内水头分布形式不同,光滑裂隙呈直线状分布,而粗糙裂隙呈阶梯状分布;(3)组成裂隙网络渗流传导矩阵的计算公式不同,粗糙裂隙网络考虑了裂隙细部水力特征对渗流的影响;(4)粗糙裂隙子单元法考虑了裂隙开度分布不均匀对裂隙过流能力的影响,更加合理。本研究可为实际工程提供参考。

摘要：采用Hurst指数的独立分割方法,建立了岩石粗糙节理剖面的几何模型,基于N-S方程对纳米碳酸钙水泥浆液在微裂隙中的注浆渗流进行分析。设定3组注浆压力、3种不同粗糙度裂隙,分析其对裂隙中的浆液速度场、压力场及填充时间的影响。结果表明,裂隙粗糙度与注浆时间呈正相关,注浆压力与注浆时间呈负相关,皆为非线性关系;浆液流速先迅速增加后逐渐衰减到稳定状态,浆液压力呈现先迅速衰减至最低后逐渐上升到初始值的变化趋势,距注浆口4 mm处压力变化幅度最大。

摘要：渗流线性立方定律是建立在单直平滑裂隙基础上的,而工程中裂隙多是粗糙的,很多裂隙渗流不满足线性立方定律。针对这一问题,根据裂隙分布统计特征生成粗糙裂隙,推导了不同渗流本构关系下的单宽流量公式、裂隙等分段结点水头公式和等效隙宽公式。对比分析光滑、粗糙裂隙的渗流规律得出如下结论:①实际工程中的裂隙往往是不平滑的,统计裂隙开度分布规律、研究裂隙开度的模拟是非常有必要的;②粗糙裂隙非立方、非线性型渗流的基本规律与光滑平直裂隙非立方、非线性型渗流的基本规律存在明显不同;③相等平均隙宽条件下的粗糙裂隙比光滑裂隙的过流能力小得多。

摘要：基于格子玻尔兹曼方法模拟研究了自仿射粗糙裂隙的渗流特征.通过连续随机叠加技术,生成了不同粗糙指数的自仿射粗糙裂隙.为验证格子玻尔兹曼方法,将格子玻尔兹曼结果与泊肃叶流解析解对比.通过格子玻尔兹曼方法与自仿射粗糙裂隙技术的结合,成功模拟了粗糙裂隙内部的流场分布,并分析了粗糙裂隙内部的渗流路径与水力等效隙宽的变化.结果表明,不均匀的隙宽分布对裂隙的流场分布影响较大;尽管两组裂隙内部的Re一致,但其最大流速有一定差异.

摘要：水泥浆液在裂隙的扩散距离对矿山围岩的加固效果的影响十分显著。本文基于水泥浆液的时变性与单一裂隙岩体的局部弯曲和粗糙度,建立了时变性水泥浆液在粗糙裂隙岩体中的压力分布机理公式;依托COMSOL Multiphysics数值模拟软件,模拟得到不考虑与考虑粗糙裂隙的时变性水泥浆液在单个裂隙内的扩散形态与压力分布,并通过数值计算,得到考虑时变性水泥浆液在粗糙裂隙内的扩散距离小于考虑时变性水泥浆液在平直裂隙内的扩散距离;且随着水泥浆液在裂隙内的实际扩散路径与其直线路径的比值T越大,浆液在裂隙内的扩散距离逐渐减小。该研究成果可为矿山围岩加固设计及施工提供一定的理论支撑。

摘要：裂隙岩体中的流体流动和物质传输主要发生在裂隙空间中,但由于裂隙结构的非均质性和应力作用的影响,裂隙介质的细观流动特性表现出较强的复杂性。本文通过扫描真实裂隙结构面获取裂隙细观结构,采用格子Boltzmann方法模拟岩石裂隙中细观流动过程,研究粗糙裂隙在剪切条件下细观流动特征,揭示剪切错动裂隙在流速增大过程中涡流的形成和演化过程及涡流造成裂隙有效对流区减小、过流能力降低的细观机制。