粗糙岩石单裂隙非达西流动的试验和数值模拟研究

摘要：

采用3D雕刻方式制作了一批具有特定粗糙度的砂岩裂隙样品,结合自行设计的可定量调整粗糙岩石单裂隙开度的装置,实现了在试验中对岩石单裂隙试样开度和表面粗糙度的定量化控制.开展一系列不同流量下的渗流试验,研究了平均开度和表面粗糙度对粗糙岩石单裂隙非达西流动的影响.结果表明Forchheimer方程可以准确的描述裂隙中流体流量与压力梯度间的非线性关系.分形维数是表征岩石裂隙表面粗糙度的有效参数,其增大主要导致裂隙的曲折程度增大而使流动路径变得更复杂,从而促进非达西流动的发生.建立了惯性渗透率与平均开度和分形维数之间的经验定量化模型,通过直接求解Navier-Stokes方程来开展三维粗糙单裂隙渗流模拟,验证了所建立模型的准确性和所开展渗流试验的可靠性.粗糙岩石单裂隙的平均开度越小、表面粗糙度越大则所建立的经验定量化模型预测的结果就越精确.

关键词：粗糙岩石单裂隙、非达西流动、渗流试验、数值模拟、开度尺寸、表面粗糙度

所属期刊栏目：45

分类号：TU43(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;国家自然科学基金;湖北省重点研发计划项目

在线出版日期：2023-07-26（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：1278-1284