基于分形理论的三维岩体裂隙网络非线性渗流机理研究

基本信息
批准号:51709260
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:刘日成
学科分类:
依托单位:中国矿业大学
批准年份:2017
结题年份:2020
起止时间:2018-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:苏海健,孟波,尹乾,杜明瑞,张晶,李光雷
关键词:
岩体裂隙网络非线性渗流粗糙度渗透系数分形维数
结项摘要

Rock fracture network is the main paths of fluid flow and contaminant transport, and its permeability plays an important role in the safety assessment of deep underground engineering. This work extensively investigates the nonlinear flow and fractal properties of three-dimensional rock fracture networks by applying theoretical analysis, flow test, and numerical simulation. First, based on the fractal scaling law and the 3D printing techniques, both the experimental and numerical models of three-dimensional rock fracture networks are constructed, and by sealing the models using the inflow and outflow tanks, high accuracy testing system and method are established. Second, a set of nonlinear governing equations of fluid flow in three-dimensional rock fracture networks are solved using a self-developed code on the basis of the rank-one inverse Broyden quasi-Newton method. Finally, the mathematical relationships between permeability of three-dimensional rock fracture networks and geometric parameters are proposed, and the conditions for predicting the onset of nonlinear flow are suggested. The expected results have important theoretical meanings and can provide valuable technical supports for the design, excavation and management of underground projects.

岩体裂隙网络是流体流动和污染物运移的主要载体,其渗流特性是评估深部地下工程安全性的重要参数。本项目拟采用理论分析、室内试验和数值模拟相结合的方法,对三维空间中裂隙的几何分布特征及非线性渗流特性进行深入研究。首先,基于分形理论和3D打印技术重构复杂三维岩体裂隙网络试验物理模型和数值模型,施加进出口密封装置,建立三维岩体裂隙网络高精度渗流试验系统和试验测试方法;其次,基于逆Broyden秩1拟牛顿迭代法自编程序求解三维岩体裂隙网络非线性渗流方程组,建立复杂三维岩体裂隙网络非线性渗流计算平台;最后,建立三维岩体裂隙网络渗透系数与裂隙网络几何参数之间的数学关系,提出复杂三维岩体裂隙网络非线性渗流判据及预测方法。项目预期成果具有重要理论意义,并可对工程设计、施工和管理提供借鉴。

项目摘要

岩体裂隙网络是流体流动和污染物运移的主要载体,其渗流特性是评估深部地下工程安全性的重要参数。本项目拟采用理论分析、室内试验和数值模拟相结合的方法,对三维空间中裂隙的几何分布特征及非线性渗流特性进行了深入研究。首先,基于分形理论和3D打印技术重构复杂三维岩体裂隙网络试验物理模型和数值模型,施加进出口密封装置,建立了三维岩体裂隙网络高精度渗流试验系统和试验测试方法;其次,自编程序求解三维岩体裂隙网络非线性渗流方程组,建立了复杂三维岩体裂隙网络非线性渗流计算平台;最后,建立了三维岩体裂隙网络渗透系数与裂隙网络几何参数之间的数学关系,提出了复杂三维岩体裂隙网络非线性渗流判据及预测方法。项目预期成果具有重要理论意义,并可对工程设计、施工和管理提供借鉴。.在IJRMMS等期刊发表论文30篇, 国家发明专利授权或公开7项(第一6项);刘日成研究员入选中国科协青年人才托举工程,获中国岩石力学与工程学会青年科技奖(金奖),担任日本学术振兴会特聘研究员、JRMGE期刊编委、CSRME日本分会秘书长。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于分形L系统的水稻根系建模方法研究

基于分形L系统的水稻根系建模方法研究

DOI:10.13836/j.jjau.2020047
发表时间:2020
2

跨社交网络用户对齐技术综述

跨社交网络用户对齐技术综述

DOI:10.12198/j.issn.1673 − 159X.3895
发表时间:2021
3

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

DOI:10.16285/j.rsm.2019.1280
发表时间:2019
4

基于 Kronecker 压缩感知的宽带 MIMO 雷达高分辨三维成像

基于 Kronecker 压缩感知的宽带 MIMO 雷达高分辨三维成像

DOI:10.11999/JEIT150995
发表时间:2016
5

青藏高原狮泉河-拉果错-永珠-嘉黎蛇绿混杂岩带时空结构与构造演化

青藏高原狮泉河-拉果错-永珠-嘉黎蛇绿混杂岩带时空结构与构造演化

DOI:10.3799/dqkx.2020.083
发表时间:2020

刘日成的其他基金

相似国自然基金

1

岩体三维粗糙裂隙网络非线性渗流及溶质运移特性研究

批准号:51909269
批准年份:2019
负责人:黄娜
学科分类:E0905
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
2

岩体裂隙网络的分形统计研究及断层预测

批准号:40772198
批准年份:2007
负责人:孙洪泉
学科分类:D0213
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
3

破碎岩体中非达西渗流细观机理的分形研究

批准号:51204069
批准年份:2012
负责人:吴金随
学科分类:E0408
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
4

基于裂隙岩体裂隙面三维形貌参数的渗流本构关系研究

批准号:51404168
批准年份:2014
负责人:张振宇
学科分类:E0404
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目