深部岩石裂隙在剪切过程中形貌不断发生改变,导致裂隙渗流特性极其复杂,进而影响深部岩体工程的稳定性。为探明恒定法向刚度(constant normal stiffness,简称CNS)边界条件下岩石裂隙的剪切渗流特性,基于分形理论构建了不同粗糙度三维自...深部岩石裂隙在剪切过程中形貌不断发生改变,导致裂隙渗流特性极其复杂,进而影响深部岩体工程的稳定性。为探明恒定法向刚度(constant normal stiffness,简称CNS)边界条件下岩石裂隙的剪切渗流特性,基于分形理论构建了不同粗糙度三维自仿射裂隙面,采用考虑裂隙粗糙度退化的剪切数值方法分析了不同CNS边界条件下裂隙岩石剪切过程中几何形貌参数的演变规律。随后利用COMSOL软件对受剪后的裂隙进行渗流计算,研究了法向刚度、剪切位移和分形维数对裂隙非线性渗流特性的影响。结果表明:(1)裂隙的力学开度随着分形维数的增大而增大,但法向刚度的增加会减缓其增长速度;接触率主要受法向刚度控制,并随其增大而增大。(2)裂隙渗流的压力梯度与流量关系能够用Forchheimer定律准确描述,拟合系数A和B随剪切位移的增大呈幂函数减小趋势,随法向刚度的增加而增加,随裂隙分形维数的增加而减小。(3)裂隙的水力开度随分形维数的增加而增加,随法向刚度的增加而减小,并建立了以力学开度和开度标准差为自变量的水力开度模型。(4)裂隙渗流的临界雷诺数随剪切位移的增加先减小后增大,并随分形维数和法向刚度的增加而减小,以裂隙的分形维数、接触率和水力开度模型为基础,建立了CNS条件下剪切裂隙的临界雷诺数计算拟合公式。展开更多
文摘深部岩石裂隙在剪切过程中形貌不断发生改变,导致裂隙渗流特性极其复杂,进而影响深部岩体工程的稳定性。为探明恒定法向刚度(constant normal stiffness,简称CNS)边界条件下岩石裂隙的剪切渗流特性,基于分形理论构建了不同粗糙度三维自仿射裂隙面,采用考虑裂隙粗糙度退化的剪切数值方法分析了不同CNS边界条件下裂隙岩石剪切过程中几何形貌参数的演变规律。随后利用COMSOL软件对受剪后的裂隙进行渗流计算,研究了法向刚度、剪切位移和分形维数对裂隙非线性渗流特性的影响。结果表明:(1)裂隙的力学开度随着分形维数的增大而增大,但法向刚度的增加会减缓其增长速度;接触率主要受法向刚度控制,并随其增大而增大。(2)裂隙渗流的压力梯度与流量关系能够用Forchheimer定律准确描述,拟合系数A和B随剪切位移的增大呈幂函数减小趋势,随法向刚度的增加而增加,随裂隙分形维数的增加而减小。(3)裂隙的水力开度随分形维数的增加而增加,随法向刚度的增加而减小,并建立了以力学开度和开度标准差为自变量的水力开度模型。(4)裂隙渗流的临界雷诺数随剪切位移的增加先减小后增大,并随分形维数和法向刚度的增加而减小,以裂隙的分形维数、接触率和水力开度模型为基础,建立了CNS条件下剪切裂隙的临界雷诺数计算拟合公式。
