循环剪切作用下三维粗糙裂隙非线性渗流特性数值模拟研究

摘要：

研究了循环剪切过程中剪切位移和循环次数对三维粗糙裂隙非线性水力特性的影响.首先,基于天然粗糙裂隙面的高程数据生成三维裂隙面,并通过前人的研究结果确定循环剪切过程中的法向位移变化值,建立了 16个开度空间模型,从而得到了不同剪切位移和循环次数下接触面积和开度分布情况,发现当循环次数一定时,随着剪切位移的增加,原本吻合的上下表面发生错动,平均开度和各向异性增大,接触面积减小;剪切位移一定时,随着循环次数的增加,上下表面起伏在剪应力作用下被磨平,接触面积增大,平均开度减小.将模型导入数值模拟软件进行计算得到流量数据,结果表明,水力梯度随流量变化规律符合Forchheimer定律.循环1次时,随着剪切位移从4 mm增加到10 mm,线性Fochheimer系数减小了 88.3％,非线性Fochheimer系数减小了 95.2％;循环2次时,随着剪切位移从4 mm增加到10 mm,线性Fochheimer系数减小了 95.4％,非线性Fochheimer系数减小了 99.7％,两系数减小的幅度随循环次数增大而增大.进一步分析发现,剪切位移的增加对裂隙渗透性有促进作用,循环次数增加对渗透性起抑制作用.此外,归一化渗透系数随雷诺数变化规律与Zimmerman等提出的预测公式相吻合,且本研究数值模拟计算结果与其公式的拟合系数趋近1,公式中的Fochheimer系数β随剪切位移增大而减小,随循环次数增大而增大.

关键词：循环剪切、剪切渗流、雷诺数、归一化渗透系数

所属期刊栏目：44

分类号：TU411(土力学、地基基础工程)

在线出版日期：2023-09-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：2757-2766