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题名基于立方定律的岩体裂隙非线性流动几何模型
被引量：21
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作者
朱红光
易成
谢和平
谢永兰
周家杰
吴凯波
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机构
中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院
四川大学
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出处
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2016年第4期822-828,共7页
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基金
国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2011CB201201)
中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2015QL06
2010YL06)
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文摘
岩体裂隙壁面的几何粗糙会引起其中流体的流动非线性,立方定律在分析此类问题时最为简便但却无法适用。旨在基于简单的立方定律,提出一个能够有效适用于岩体裂隙几何粗糙引起非线性流动的分析模型。通过对N-S方程进行量级分析得到了立方定律适用的3个条件:1足够小的壁面粗糙;2足够小的隙宽流程比;3较小的流动惯性。这些条件在粗糙岩体裂隙中难以满足。为了解决这一问题,提出了一个新的粗糙岩体裂隙的离散等效几何模型,该模型中裂隙被合理地"分割",离散成较短的单元段以使得立方定律的适用条件成立;建立了粗糙单元段的平行板等效方法,从而在粗糙单元段内应用立方定律(局部立方定律)。借助几何模型对典型粗糙岩体裂隙进行了离散和数值模拟,发现离散后的裂隙与原裂隙在流动行为上呈现极好的相似性。并基于离散裂隙导出了粗糙岩体裂隙非线性流动的流量公式,最后通过不同岩体粗糙裂隙的流动试验验证了本模型的正确性。该几何模型及其流量公式能为真实粗糙岩体裂隙的非线性流动行为分析提供有效手段。
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关键词
非线性流动
几何模型
粗糙裂隙
局部立方定律
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Keywords
non-linear flow
geometric model
rough-walled fractures
local cubic law
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分类号
TD315
[矿业工程—矿井建设]
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题名岩体裂隙网络非线性渗流特性研究
被引量：26
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作者
刘日成
蒋宇静
李博
蔚立元
杜岩
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机构
中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室
长崎大学
山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地
绍兴文理学院土木工程学院
北京科技大学土木与环境工程学院
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出处
《岩土力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2016年第10期2817-2824,共8页
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基金
国家重点基础研究发展计划(973)项目(2013CB036003)
国家自然科学基金(No.51379117,No.51579239,No.41427802)~~
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文摘
基于人工交叉裂隙模型,通过室内透水试验,利用电荷耦合元件(CCD)照相机可视化技术,对流体在裂隙交叉点内的非线性流动特性进行研究。建立两种离散裂隙网络(DFN)模型,考虑两种边界条件,改变模型进口和出口之间的压力,直接求解Navier-Stokes(简称N-S)方程,对DFN的非线性渗流特性进行研究。结果表明,室内试验可以观测到与出口3相连的裂隙单元内发生了明显的非线性流动,且通过模型的流量Q和模型两端的压力P具有非线性关系。数值计算结果也表明,在水力梯度J较大时(比如J>0.1),通过DFN的Q和P具有非线性关系,而当J较小时(比如J<10-4),Q与P线性相关;根据文中的算例,建议利用局部立方定律求解DFN内每条裂隙的渗流特性的临界条件为J≤10-4;裂隙表面粗糙会造成通过DFN渗流量的降低,但对相对流量误差的影响可忽略不计。
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关键词
离散裂隙网络
非线性渗流
NAVIER-STOKES方程
局部立方定律
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Keywords
discrete fracture network
nonlinear seepage
Navier-Stokes equations
local cubic law
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分类号
TU411
[建筑科学—岩土工程]
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