基于粗糙岩体裂隙表面反应的格子Boltzmann渗流-溶解耦合模型

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Boltzrnann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.

关键词：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

所属期刊栏目：38

分类号：TU45(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;云南省应用基础研究计划

在线出版日期：2019-09-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：1615-1626