硕士论文（桥梁与隧道工程）——粗糙单裂隙高速非达西渗流特性研究

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1、摘要硕士学位论文粗糙单裂隙高速非达西渗流特性研究III摘要摘要我国西南地区水电资源丰富，是国家未来一段时间大规模开发的重点，域内多高山峡谷，喀斯特地貌分布广泛，深部岩体中裂隙较发育，工程建设过程中多次发生高压隐伏水突水突泥事故。如何解决岩溶地区含高压隐伏水体深部裂隙岩体地层中修建大型水电隧洞工程中遇到的突水灾害问题，成为我国水电及岩土工程领域的迫切问题。岩体的天然裂隙结构与渗流行为异常复杂，岩体裂隙渗流机制与定量描述一直是岩土、矿业、地质、石油及天然气工程高度关注的难点问题。在以往的工程实践中，大多采用线性达西渗流定律计算岩体突水量。然

2、而大量科学试验和工程实例表明，特定条件下岩体裂隙中的渗流已经不再遵循达西定律，所以为了探究高流速下岩体粗糙裂隙中粗糙结构面对渗流的影响及渗流机制，本文开展了粗糙单裂隙非达西渗流室内物理试验，并基于计算流体力学方法对粗糙单裂隙渗流试验过程进行数值模拟，探讨了粗糙岩体裂隙高速非达西渗流的演化规律及运动特征，主要工作如下：1）对岩体裂隙非达西渗流的研究进展及最新成果进行归纳总结，对裂隙岩体粗糙裂隙面特征及其对裂隙渗流的影响进行了探讨，对可用于描述粗糙裂隙面高速非达西渗流的运动方程进行分析研究；2）设计制作了符合不同节理粗糙度的拟岩体粗糙单裂隙

3、试件，改进了岩体高速非达西渗流试验装置，并用其完成了高水力梯度下不同粗糙度裂隙高速非达西渗流试验，获取了渗流水力梯度与渗流流速之间非线性关系曲线。试验结果表明：高渗压下粗糙岩体渗流规律偏离立方定律，基本符合幂函数曲线和二次曲线分布，得到满足试验结果的流量计算经验公式和Forchheimer经验公式；3）依据室内物理模型，建立相应的粗糙裂隙面模型，基于流体计算Fluent软件，对粗糙裂隙渗流试验过程进行数值模拟，将数值分析结果与室内物理试验成果比较验证，证实了Fluent软件用于模拟粗糙裂隙面高速非达西渗流的正确性，对计算结果进行拟合分析

4、，总结裂隙结构面对非达西渗流特性的影响，为工程实践中突涌水量预测提供重要参考。关键词：粗糙裂隙渗流、高速非达西渗流、JRC、高速渗流试验、Fluent模拟、Forchheimer方程IIIABSTRACTABSTRACTSouthwestChinaisabundanthydropowerresources,andthisareaisthefocusofthenextperiodoftimelarge-scaledevelopmentoftheregion.SuchareawidespreadKarstLandformareas,more

5、mountainsandcanyons,deeprockformationstherearemanycracks,andintheconstructionprocesshigh-pressureconcealedwaterandmudinrushaccidentoccurredrepeatedly.Howtosolvetheproblemofwatergushdisasterbuildinglargehydropowertunnelprojectinsuchdeepfracturedrockformationscontainingcon

6、cealedwaterwithhighpressurekarstareashasbecomeanurgentproblemencounteredinhydropowerconstructionandgeotechnicalengineeringfield.FlowbehaviorintheNaturalfracturedrockmassstructureisverycomplex,fracturedrockseepagedevelopmentmechanismandquantitativedescriptionofthemechanis

7、mhasbeenthegreatconcerndifficultyofgeotechnical,mining,geology,andoilandgasprojects.Inpreviousengineeringpractice,theDarcy'sLawwasusedtocalculatetheamountofgushwater.Now,however,alargenumberofscientificexperimentsandengineeringexamplesshowthattheseepageoffracturedrockmas

8、sesisnolongerfollowDarcy'sLawunderspecifiedconditions.Soinordertoexploreandstudytheinfluenceoftheroughn