岩石节理复杂渗流规律及其几何形貌影响机制

基本信息
批准号:51579189
项目类别:面上项目
资助金额:63.00
负责人:荣冠
学科分类:
依托单位:武汉大学
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:周艳国,位伟,胡冉,彭俊,侯迪,姚孟迪,杨洁,程龙,聂鹏
关键词:
非线性渗流数值模拟几何形貌节理渗流规律
结项摘要

The seepage behavior of rock joints is a fundamental topic of great interests to many researchers in rock mechanics. However, the seepage characteristics of rock joint, especially the influences of joint geometric morphology on the seepage mechanism, are not well captured at present. The research in this study is mainly focused on the complicated seepage characteristics in rock joint. Based on experimental study and numerical simulation, we will study the joint morphology dependent seepage behaviors in rock joint by applying the theories including rock mechanics, fluid mechanics, and numerical methods. First, the influence of joint roughness, aperture, and hydraulic gradient on the seepage discharge, flow velocity, flow regime, and critical Reynolds number will be studied through lab experiments. Meanwhile, the scale effect and the anisotropy will also be examined. Second, the key issues in numerically simulating seepage behavior in rock joint will be studied including the joint morphology modelling, complex seepage boundary processing, and seepage simulating under high Reynolds number. Numerical simulation of the influence of joint geometric morphology and hydraulic gradient on the seepage behavior will then be conducted. At last, the joint morphology dependent seepage mechanism will be researched through the above studies and a model for analyzing the non-linear flow will be established by taking into consideration of joint geometric morphology. The study can provide an important theoretical contribution to the issue of seepage analysis and control.

岩石节理渗流运动规律是岩石力学领域的基础科学问题,但节理的渗流规律及几何形貌对其影响机制仍未深入掌握。本项目以岩石节理复杂渗流规律为研究内容,开展考虑节理渗流机制的几何形貌表征方法研究。进行节理粗糙起伏、张开度、渗透梯度对其流量、流速、流态及临界雷诺数等渗流规律影响和渗透各向异性与尺寸效应的渗流试验。研究包括节理几何形貌建模、复杂渗流边界处理和高雷诺数渗流计算等的节理复杂渗流数值模拟方法,并开展几何形貌和渗流梯度等对其渗流规律影响的模拟分析。通过试验和模拟研究揭示节理几何形貌影响渗流规律的机制,应用岩石力学和流体力学等理论综合试验和模拟结果,建立考虑节理几何形貌影响的非线性渗流分析模型,为解决工程中裂隙岩体渗流规律评价问题提供理论方法。

项目摘要

项目按申请计划重点开展了考虑节理渗流机制的几何形貌表征方法、节理复杂渗流规律的粗糙起伏与开度控制机制、节理渗流规律的各向异性与尺寸效应和节理渗流运动数值方法及其模拟等方面的研究。通过研发仪器、理论建模、试验分析及数值模拟等手段进行了深入研究。在阐明岩石节理由线性层流到弱惯性流和非线性紊流的变化规律、节理几何形貌对其非线性渗流规律的控制作用、节理复杂渗流运动流态的判别条件、节理非线性渗流分析模型和岩石节理复杂渗流规律的数值分析方法等方面取得了较好进展,对涉及岩体渗透性评价的基础工程建设与管理提供了理论参考。在本项目的支持下,至目前为止共发表SCI论文17篇,EI论文3篇,核心及其他论文7篇,申请发明专利1项,获批软件著作1项。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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