基于3D打印的粗糙结构面模型表征及渗流特性试验研究

作     者：王培涛 黄浩 张博 王路军 杨毅 WANG Pei-tao;HUANG Hao;ZHANG Bo;WANG Lu-jun;YANG Yi

作者机构：北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 国能神东煤炭集团有限责任公司煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室北京102201 北京低碳清洁能源研究院北京100011 核工业北京地质研究院北京100029 

出 版 物：《岩土力学》 (Rock and Soil Mechanics)

年 卷 期：2024年第45卷第3期

页      面：725-736页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家重点研发计划项目(No.2021YFC2900500,No.2023YFC2907401) 国家自然科学基金项目(No.52074020) 煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室2019年开放基金课题(No.WPUKFJJ2019-06) 北京科技大学青年教师学科交叉研究项目(中央高校基本科研业务费专项资金)资助项目(No.FRF-IDRY-21-001) 

主　　题：岩石裂隙 渗流试验 分形维数 粗糙度 3D打印 

摘      要：基于Weierstrass-Mandelbrot(W-M)分形函数开展三维粗糙结构面表征,讨论了W-M典型几何参数对三维曲面形态影响,分析确定对应于典型Barton节理JRC轮廓线的二维与三维W-M几何参数。基于自主设计结构面渗流测试系统,结合3D打印开展不同分形参数和开度的裂隙渗流试验,试验结果表明:随着水力梯度和粗糙度的增加,流体的流动表现出明显的非线性,Forchheimer方程的系数A与B都随着裂隙粗糙度的增加而增大,随着裂隙开度的增加而减小;随着裂隙粗糙度的增加,临界雷诺系数Rec趋于减小,说明流体流动趋于非达西流动。光滑表面流体的流场流速比较均匀;粗糙裂隙表面流场更加复杂,整个粗糙面上存在多个高流速区域和低流速区域。研究成果可为裂隙渗流特性研究提供了可靠的分析方法和模型。