基于粗糙岩体裂隙表面反应的格子Boltzmann渗流–溶解耦合模型

作     者：申林方 王志良 曾叶 李泽 李邵军 SHEN Linfang;WANG Zhiliang;ZENG Ye;LI Ze;LI Shaojun

作者机构：昆明理工大学建筑工程学院云南昆明650500 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 

出 版 物：《岩石力学与工程学报》 (Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering)

年 卷 期：2019年第38卷第8期

页      面：1615-1626页

核心收录：

学科分类：0709[理学-地质学] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0708[理学-地球物理学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0816[工学-测绘科学与技术] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51508253,51668028) 云南省应用基础研究计划资助项目(2016FB077)~~ 

主　　题：岩石力学 岩体裂隙 表面反应 渗流–溶解耦合 格子Boltzmann方法 数值模拟 

摘      要：为了研究粗糙岩体裂隙渗流–溶解耦合作用机制,根据分段线性法构建粗糙裂隙面,并采用分形维数对其粗糙程度进行表征。基于格子Boltzmann方法,采用双分布函数分别模拟速度场和浓度场的演化过程,假定裂隙表面处的溶解作用满足一阶动力学反应模型,建立基于岩体裂隙表面反应的格子Boltzmann渗流–溶解耦合模型,并结合2个经典算例验证其有效性。最后,讨论分形维数、Pe数和Da数等因素对粗糙裂隙渗流–溶解耦合作用机制的影响。研究表明:裂隙壁面的分形维数越大,溶质的运移速度越缓,导致壁面处的溶解速率越慢。在裂隙壁面凸起位置优先发生溶解,使得壁面逐渐趋于光滑。当Pe数较大时,裂隙渗流流速相对较大,从而加速了溶质的运移以及壁面处的溶解反应,导致壁面几何形貌扁平化,提高了裂隙的渗透特性。裂隙的Da数越大,其在入口处的溶解速率越快,从而导致孔隙率相同时裂隙末端聚集的未溶解部分越多,进而影响裂隙的渗透性。