检索结果-南通市图书馆

剪切破坏过程中岩体单裂隙力学及非线性渗流特性试验研究

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应用力学学报 2024年

作者：曹成许增光柴军瑞张志华西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室

裂隙岩体在复杂应力和渗流环境下的物理力学特性对库坝系统岩体稳定极为重要。为了厘清剪切-渗流耦合作用下的岩体裂隙力学及渗流特性，本文通过制作类岩试件开展了岩体单裂隙剪切-渗流耦合试验，分析了剪切过程中裂隙剪切强度、法向位... 详细信息

裂隙岩体在复杂应力和渗流环境下的物理力学特性对库坝系统岩体稳定极为重要。为了厘清剪切-渗流耦合作用下的岩体裂隙力学及渗流特性，本文通过制作类岩试件开展了岩体单裂隙剪切-渗流耦合试验，分析了剪切过程中裂隙剪切强度、法向位移增量、剪胀角、Forchheimer定律系数等参数的演化过程，以峰值剪切位移为分界点，基于Patton强度公式以及峰后剪胀公式构建了全剪切强度计算公式。以Forchheimer定律为基础阐明了高水压和剪切破坏共同作用下裂隙非线性渗流特性的演化过程，揭示了Forchheimer定律线性项及非线性项系数的演化过程，建立了用于判断渗流流态的临界雷诺数计算公式。结果表明剪切破坏产生的碎屑充填物对裂隙峰后剪切强度、剪胀角和渗流特性影响显著，构建的剪胀公式和剪切强度计算公式可确定任意时刻的裂隙剪切强度值和隙宽变化值；由于水流惯性力的影响高渗压作用下裂隙非线性渗流特性显著，剪切过程中Forchheimer定律线性项及非线性项系数不断减小并趋于稳定，并且临界雷诺数在剪切过程中不断增大。

关键词：单裂隙剪切-渗流耦合剪切强度剪切破坏非线性渗流

高应力和高渗压下粗糙单裂隙非线性渗透行为试验研究

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土木工程学报 2024年

作者：林志南冯世宏王家全张强广西科技大学中国水利水电科学研究院广西壮族自治区岩土灾变与生态治理工程研究中心

为研究高地应力和高渗压下深部裂隙岩石的渗透演化特征，本文采用Rock Top -50HT全应力多场耦合三轴试验系统，开展了一系列高围压和高渗压作用下不同粗糙度系数(JRC)单裂隙砂岩渗透试验。基于试验获得了不同水力梯度下单裂隙砂岩的非... 详细信息

为研究高地应力和高渗压下深部裂隙岩石的渗透演化特征，本文采用Rock Top -50HT全应力多场耦合三轴试验系统，开展了一系列高围压和高渗压作用下不同粗糙度系数(JRC)单裂隙砂岩渗透试验。基于试验获得了不同水力梯度下单裂隙砂岩的非线性渗透特性以及其表征方法；建立了Forchheimer方程中参数A、B与JRC之间的定量关系；探究了不同JRC单裂隙砂岩非线性渗流过程中雷诺数Re、非达西渗流因子E和表观透过率Ta等渗透参数的演化规律。结果表明：（1）随着水力梯度逐渐增大，单裂隙砂岩的渗流量呈现出明显的非线性渗流特性；随着JRC值增大，单裂隙砂岩的非线性渗流特征逐渐增强。（2）高围压和高渗压作用下裂隙的非线性渗流成因机制为渗透失稳和固液界面效应。采用Forchheimer公式定量分析时其非达西惯性系数为负值，表征单裂隙的渗流成因机制为渗透失稳；采用Izbash公式定量分析时发现单裂隙砂岩的非线性渗流特征是由显著的固液界面效应导致。（3）随着水力梯度增加，雷诺数Re呈非线性增大；非达西渗流因子E为负值且呈非线性降低变化；表观透过率Ta呈现出先振荡，后平稳发展，再迅速增大的发展趋势。研究成果对高地应力和高渗压下的深部裂隙岩体非线性渗流规律、稳定性分析和防灾减灾工程认识具有重要意义。

关键词：单裂隙粗糙度系数(JRC) 非线性渗流 Forchheimer方程 Izbash方程

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浅层地热开采中砂岩单裂隙渗流传热试验研究

高校地质学报 2024年

作者：吴洪涛王惠民郑惠峰盛金昌黄泰仁田佳丽盛丹娜河海大学水利水电学院中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司

浅层地热能的开发利用关系着“双碳”目标的顺利达成，其中目标储层岩石裂隙渗流传热特性的研究对地下水源热泵系统的成效至关重要。但以往的裂隙渗流传热研究多是考虑粗糙面、流速、围压、温度等单一因素对其传热效率的评价，并未系统... 详细信息

浅层地热能的开发利用关系着“双碳”目标的顺利达成，其中目标储层岩石裂隙渗流传热特性的研究对地下水源热泵系统的成效至关重要。但以往的裂隙渗流传热研究多是考虑粗糙面、流速、围压、温度等单一因素对其传热效率的评价，并未系统探究多级流速下浅层地热储层（围压和岩石温度）变化对渗流传热演化规律的认识及其贡献程度的对比。因此，本文基于课题组自主研发的裂隙岩石渗流传热试验系统，开展了多级流速下的砂岩单裂隙渗流传热试验，分析了单裂隙渗流传热在多级流速下的全过程演化特性，探讨了浅层地热中的敏感性参数（围压和岩石温度）对渗流传热的影响规律及其贡献程度。试验结果发现：（1）出口水温和对流换热系数随水流流速的增大，其变化趋势有明显的阶段性转折。（2）围压的增大导致裂隙开度减小，流动边界层变薄，而温度梯度的增大将引起热流密度的上升，都将导致出口水温和对流换热系数呈现上升趋势。（3）岩石温度的贡献程度明显高于围压，特别是从60℃增大至70℃时，对流换热系数有了大幅度增长。

关键词：浅层地热砂岩单裂隙多级流速对流换热系数

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天然岩石裂隙面粗糙度尺寸效应及方向性研究

黄金科学技术 2024年第2期32卷 290-305页

作者：梅倩玮陈刚罗凤强马玲龚红胜龙妍竹昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650031 中国地质大学(北京)地下水循环与环境演化教育部重点实验室北京100083 云南坤润地质勘查技术有限公司云南昆明650051 昆明理工大学城市学院云南昆明650051

为探究岩石裂隙粗糙面尺寸效应及方向性,对立方定律修正公式中表征天然岩石粗糙裂隙性质的粗糙度修正系数C进行分析。采用高精度3D扫描仪扫描天然岩石样品,得到其表面粗糙度数据,结合网络公开发布的高精度粗糙岩石裂隙CT扫描数据,生成... 详细信息

为探究岩石裂隙粗糙面尺寸效应及方向性,对立方定律修正公式中表征天然岩石粗糙裂隙性质的粗糙度修正系数C进行分析。采用高精度3D扫描仪扫描天然岩石样品,得到其表面粗糙度数据,结合网络公开发布的高精度粗糙岩石裂隙CT扫描数据,生成空间坐标,采用公式法和数值法计算分析粗糙度修正系数C。根据公式法计算结果得出粗糙度具有尺寸效应;根据数值法结果得出粗糙度具有方向性,且粗糙度方向性可使用张量形式来表达。通过计算粗糙裂隙JRC值、表面及隙宽分形维数对研究结果进行印证,证明裂隙面粗糙度具有尺寸效应和各向异性。进一步研究发现:可采用粗糙度修正系数张量或粗糙度张量结合裂隙平均隙宽,形成单裂隙渗透张量,量化复杂粗糙裂隙网络中模型的粗糙面。

关键词：天然岩石粗糙度单裂隙粗糙度修正系数方向性尺寸效应粗糙度张量

单裂隙结构特征对煤岩体内瓦斯流动特性的影响

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采矿与安全工程学报 2023年第3期40卷 633-642页

作者：任建业李雨成张欢马莲张子翔胡纪年太原理工大学安全与应急管理工程学院山西太原030024 山西煤炭进出口集团有限公司山西太原030006

为探究单裂隙粗糙度、开度等结构特征对煤岩体内瓦斯流动特性的影响,基于Weierstrass-Mandelbort分形函数生成不同粗糙度的裂隙轮廓曲线,构建含不同分形维数和裂隙开度的二维裂隙煤岩体模型。运用Fluent软件模拟分析裂隙分形维数、开度... 详细信息

为探究单裂隙粗糙度、开度等结构特征对煤岩体内瓦斯流动特性的影响,基于Weierstrass-Mandelbort分形函数生成不同粗糙度的裂隙轮廓曲线,构建含不同分形维数和裂隙开度的二维裂隙煤岩体模型。运用Fluent软件模拟分析裂隙分形维数、开度对裂隙内部及周边煤岩基质内瓦斯流动特性的影响,建立了可定量刻画裂隙结构特征对煤岩体相对渗流能力具有影响的流量系数双参数模型。结果表明:随着裂隙分形维数减小,裂隙开度增大,煤岩体渗流能力逐渐增强,且裂隙导流能力在煤岩体渗流过程中逐渐占优,流量占比最高达81%。随着分形维数增大,裂隙内瓦斯流动非线性强度系数呈指数型增大,影响裂隙内瓦斯流动非线性强度系数的主控因素逐渐由裂隙开度转变为分形维数,同时在煤岩基质靠近裂隙轮廓曲线离散程度较大的位置处,存在局部渗流速度增大的现象。当裂隙开度增大至1.5 mm后,裂隙分形维数对流量系数的影响起主导作用,反之,裂隙开度起主导作用。提出了流量系数与分形维数、裂隙开度的经验关系式。

关键词：单裂隙煤岩体几何特征分形维数流动特性

考虑软体和硬体开度的岩体单裂隙渗流与法向应力耦合模型研究

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岩石力学与工程学报 2023年第S1期42卷 3473-3480页

作者：杨健航叶祖洋黄诗冰程爱平武汉科技大学资源与环境工程学院湖北武汉430081 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室湖北武汉430081

岩体裂隙渗流与法向应力耦合机理是裂隙岩体水力耦合分析的重要基础。岩体裂隙法向应力与渗透性曲线呈现出的非线性变化特征随法向应力增加往往有显著差别:低应力条件下裂隙渗透性急剧下降,而高应力条件下裂隙渗透性减少较为缓慢。目前... 详细信息

岩体裂隙渗流与法向应力耦合机理是裂隙岩体水力耦合分析的重要基础。岩体裂隙法向应力与渗透性曲线呈现出的非线性变化特征随法向应力增加往往有显著差别:低应力条件下裂隙渗透性急剧下降,而高应力条件下裂隙渗透性减少较为缓慢。目前,传统数学模型难以描述低应力和高应力条件下裂隙渗透性变化的差异性。因此,基于双弹簧Hooke模型(two-part Hooke’s model,简称TPHM),将裂隙开度分为硬体开度和软体开度2个部分,分别考虑低应力和高应力条件下软体开度与硬体开度对岩体裂隙变形与渗流特性的影响,建立岩体裂隙渗流与法向应力耦合数学方程。采用3组加载条件下的花岗岩裂隙水力耦合试验数据验证理论模型,结果表明理论模型与实验数据基本一致,且优于负指数模型、幂函数模型以及对数模型,指出了软体和硬体开度定量描述岩体裂隙非线性水力耦合特性的有效性,揭示了低应力状态下软体开度对岩体裂隙渗透性变化的主要控制作用。

关键词：岩石力学单裂隙法向应力渗流双弹簧Hooke模型

单裂隙非线性流下反应性溶质运移数值模拟研究

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水动力学研究与进展（A辑） 2023年第1期38卷 97-106页

作者：陈舟杜昭颖金敏钱家忠卞小芮河海大学地球科学与工程学院南京210098 合肥工业大学资源与环境学院合肥230009

地下水环境中化学作用对溶质运移具有重要影响,然而对于单裂隙中反应性溶质运移研究,特别是非线性流下的反应性溶质运移机理及数值模拟研究有待进一步完善。对比单裂隙中双分子反应性溶质运移实验研究,该文结合Navier-Stokes(N-S)方程-... 详细信息

地下水环境中化学作用对溶质运移具有重要影响,然而对于单裂隙中反应性溶质运移研究,特别是非线性流下的反应性溶质运移机理及数值模拟研究有待进一步完善。对比单裂隙中双分子反应性溶质运移实验研究,该文结合Navier-Stokes(N-S)方程-反应性对流扩散方程(ADRE),开展了非线性流条件下单裂隙中反应性溶质运移数值模拟研究,探讨了隙宽和流速等因素对反应性溶质运移特征的影响。结果表明:数值模拟预测反应生成物峰值误差较小(2.2%~3.9%),基于N-S和ADRE方程的数值模拟求解方法可用于单裂隙反应性溶质运移研究;试验与数值模拟结果均显示,随着流速的增大,水力梯度(J)与平均流速(v)呈非线性关系,Forchheimer方程可以较好地拟合J-v关系;非线性流态下反应性溶质迁移及生成物浓度的控制因素为对流作用,分子扩散作用较弱;隙宽相同时,生成物浓度峰值随着流速的增大而增大,峰值到达的时间逐渐减小;流速相同时,生成物浓度峰值随着隙宽的增大而减小,峰值到达的时间相应逐渐增大。

关键词：单裂隙非线性流反应性溶质运移数值模拟峰值

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含单裂隙岩体蠕变破裂裂纹扩展演化规律研究

应用力学学报 2023年第5期40卷 1106-1116页

作者：赵娜孟利新张怡斌辽宁工程技术大学力学与工程学院阜新123000

岩体内部存在大量不同尺寸裂隙,形成不同结构形式的裂隙岩体,裂隙的存在会降低岩体的力学性能,对于岩体工程的整体稳定性具有很大的影响。本研究基于滑动翼裂纹模型对恒定载荷下含单裂隙岩体蠕变变形进行了理论推导和分析,基于MAPLE软... 详细信息

岩体内部存在大量不同尺寸裂隙,形成不同结构形式的裂隙岩体,裂隙的存在会降低岩体的力学性能,对于岩体工程的整体稳定性具有很大的影响。本研究基于滑动翼裂纹模型对恒定载荷下含单裂隙岩体蠕变变形进行了理论推导和分析,基于MAPLE软件直观给出恒定载荷下裂隙角度、长度对蠕变变形的影响,采用连续-非连续数值分析软件GDEM,对预制单裂隙在不同倾角、不同长度情况下岩体的蠕变破裂裂纹扩展进行数值模拟。通过理论分析和数值模拟可以看出,岩体蠕变速率随着裂隙长度的增大而增大;随着裂隙角度的增加出现先增大后减小的趋势,其中裂隙倾角为30°时蠕变速率最大。含单裂隙岩体蠕变破裂裂纹扩展规律的研究可为岩体工程蠕变破裂规律研究及蠕变治理提供一定的理论依据和参考。

关键词：单裂隙蠕变破裂裂纹扩展演化规律恒定载荷

围压变化作用下基于水力开度变化的单裂隙渗流特性研究

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现代地质 2023年第4期37卷 972-976页

作者：程智余刘瑞张金锋马海春王京平国网安徽省电力有限公司安徽合肥230061 安徽华电工程咨询设计有限公司安徽合肥230022 合肥工业大学资源与环境工程学院安徽合肥230009

地下水流动及相应的溶质运移受广泛且复杂分布的地应力的影响,因此对不同围压下渗流的相关研究显得尤为必要。本文以基础的本构方程为出发点,对围压作用下的渗流进行定量的分析。基于水力开度的变化和单个结构面闭合变形法则,建立考虑... 详细信息

地下水流动及相应的溶质运移受广泛且复杂分布的地应力的影响,因此对不同围压下渗流的相关研究显得尤为必要。本文以基础的本构方程为出发点,对围压作用下的渗流进行定量的分析。基于水力开度的变化和单个结构面闭合变形法则,建立考虑围压下单裂隙的渗流特性,即渗流压力(P_(s))、水力开度(e_(h))、渗透率(k)和围压(P(c))的关系模型。在岩心夹持器中进行大理岩的单裂隙渗流实验,并对试验数据进行回归分析。结果表明,该模型可有效地预测不同流量下的渗流压力、水力开度和渗透率与围压的非线性关系。在单裂隙中定流量条件下,围压与渗流压力正相关,且呈现为过量渗流压力形式的非线性关系。水力开度和渗透率在12 MPa围压内快速下降,围压大于12 MPa后呈趋于稳定的非线性关系。

关键词：围压裂隙变形本构关系单裂隙水力开度渗透率