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题名交叉裂隙水力学开度的计算及非线性水力特性研究
被引量：10
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作者
刘日成
蒋宇静
李树忱
李博
王肖珊
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机构
日本长崎大学工学部地盘环境研究室
山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点试验室培育基地
山东大学岩土与结构工程研究中心
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出处
《岩土力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2015年第6期1581-1590,共10页
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基金
国家自然科学基金(No.51379117)
日本学术振兴会青年基金B(No.15K18302)
青年科学基金(No.51109209)
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文摘
基于人工交叉裂隙模型,通过室内透水试验,得到了不同进口与出口组合时的流量和压力变化的关系曲线。同时结合串联裂隙水力学开度的计算公式,利用最小二乘法求解超静定方程组,计算交叉裂隙中每个裂隙单元的水力学开度。通过拓扑得到裂隙交叉点的几何尺寸,并求解Navier-Stokes方程,研究裂隙交叉对其水力特性的影响。结果表明,通过室内试验和串联裂隙水力学开度计算公式相结合的方法,可以准确计算每个裂隙单元的水力学开度。当雷诺数Re较小时,交叉点内部的流体成稳态层流流动;当雷诺数较大(比如Re≥100)时,可以观测到明显的漩涡,说明流体的惯性力远大于黏性力,经典的立方定律不再适用。对于1个进口2个出口的情况,出口的流量分配比率与雷诺数成二次函数关系,随着雷诺数的增大,流量分配比率的非线性越来越明显,其最大分配比率变化超过15%。出口的水力学开度e与初始水力学开度(即力学开度E0)的比值e/E0和雷诺数Re也具有二次函数关系。当Re<1时,e=E0呈线性关系;当1<Re<10时,e/E0具有较弱的非线性;当雷诺数Re>10时,e/E0呈现出较强的非线性;利用该关系式可以得到修正的立方定律,从而进一步求解交叉裂隙的水力特性问题。
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关键词
交叉裂隙
水力特性
NAVIER-STOKES方程
水力开度
力学开度
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Keywords
crossed fracture
hydraulic characteristics
Navier-Stokes equation
hydraulic aperture
mechanical aperture
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分类号
TU452
[建筑科学—岩土工程]
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