岩体裂隙面粗糙度对其渗流特性的影响研究

摘要：

为了研究岩体裂隙面的粗糙程度与渗流机制间的相互关系，将裂隙沿长度方向均匀分割成若干段，通过设置每一段末端的随机高度，生成两侧对称的粗糙裂隙面。基于格子Boltzmann方法，采用不可压缩流体的D2G9模型，验证了经典的Poiseuille流，计算了不同相对粗糙度岩体裂隙的渗流特性，讨论了裂隙面粗糙度对渗流流态的影响。研究结果表明：裂隙结构壁面对流体的阻碍作用，使得流体在壁面附近的流动产生急剧调整，同时随着裂隙相对粗糙度的增加，在裂隙隙宽急剧变化的部位，局部伴随着旋涡的形成，导致流体内部摩擦阻力作用增大。在单位时间截面渗流流量及每一段平均隙宽相等的条件下，将本数值解与多平行板理论解进行了对比，对于相对粗糙度δ=0.01674的裂隙方案，由于多平行板理论解忽略了粗糙裂隙隙宽变化而引起的局部压降，其裂隙中线处压降产生的最大误差达到15.2%。当相对粗糙度较小时，裂隙中线处的压力与光滑平板流相类似，近似呈线性变化。随着裂隙相对粗糙度增大，压力变化偏离直线方向，且在断面由窄突然变宽的部位，压力变化偏离线性尤为显著。

关键词：岩体裂隙、渗流特性、粗糙度、数值模拟、格子Boltzmann方法

所属期刊栏目：38

分类号：TU451(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家自然科学基金项目51408284，51508253，U1502232；昆明理工大学人才培养基金项目KKSY201306023

在线出版日期：2016-07-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：1262-1268