充填虺隙水流特性研究

单一裂隙以充填裂隙居多。根据Ｎ－Ｓ方程导出了充填裂隙水流的计算式，并适用于非充填裂隙。通过大量试验，给出了表明充填裂隙水流特性的充填介质系数Ｃｍ。并与非充填裂隙水流特性进行了比较。     

充填裂隙水流特性研究

单一裂隙以充填裂隙居多。根据Ｎ─Ｓ方程导出了充填裂隙水流的计算式，并适用于非充填裂隙。通过大量试验，给出了表明充填裂隙水流特性的充填介质系数Ｃｍ。并与非充填裂隙水流特性进行了比较。     

岩体裂隙水流的运动规律

对岩体裂隙水流运动规律进行了探讨。分别导出了Ｆｏｒｃｈｈｅｉｍｅｒ渗流方程中系数ａ，ｂ的表达式，它既适用于充填裂隙水流，又适用于非充填裂隙水流。大量试验表明，该式还适用于描述线性的非线性渗流运动。     

充填裂隙水力特性研究述评

从理论研究、试验模拟和数值模拟3个方面总结和讨论了充填裂隙的水力特性.研究表明:充填裂隙水力特性与充填介质物理性质密切相关;变异性充填介质对裂隙水力特性的影响尚未引起足够的重视;可以采用数值模拟方法对充填裂隙水力特性开展进一步的研究和探讨.     

单裂隙水流稳定温度场理论分析

对描述单裂隙内渗流对温度分布影响机理的数学模型进行了初步探讨和分析，认为：①在假定裂隙水流为常物性、稳定二维层流、不可压牛顿型流体的前提下，得出的单裂隙水流稳定温度场表达式表明水流速度场分布与温度场没有关系，由数学模型得出的温度场可叠加到渗流场上，但不影响该渗流场，而且结果具有普遍性；②温度场中的温度是渗流场中渗流流速的函数，渗流速度变化越大，温度场的分布变化也越大；③对单裂隙水流稳定温度影响的研究，有利于裂隙水流温度场和非连续性裂隙岩体渗流与温度相互作用关系的研究；④在稳定温度场下，推导出的单裂隙水流温度不再变化时裂隙的变化长度与裂隙宽度的关系式具有一定的理论价值。     

岩体裂隙传导数研究

本文采用流体力学方法研究了粗糙裂隙和充填裂隙的水流特性，证明了单一裂隙的有效工小于平均隙宽，且依赖于平均隙宽的均方差。研究了充填裂隙接触面积对流态的影响，论证了一些经验公式的局限性和有效性，对各种单宽流量公式的偏差进行了分析。     

大理岩裂隙渗流特性及充填砂土影响

利用自行研制的岩石裂隙渗流系统,对9个不同裂隙面形貌的大理岩试样分别进行充填和未充填裂隙渗流试验,研究了不同法向应力条件下,加卸载过程、水头差大小、裂隙面形态、充填砂土粒径及厚度等因素对裂隙渗流的影响。试验结果表明:裂隙未充填时,在法向加载阶段,渗流量随水头差的增大呈线性递增,渗流量随法向应力的增大呈负指数减小,并得到了包含裂隙面三维形貌参数坡度均方根S_q的渗流量和法向应力关系式;单位水头流量与力学隙宽呈指数关系,指数平均值为3.01,基本符合立方关系。因此,通过增加修正参数得到了修正的立方定律,其中修正参数与裂隙面的三维形貌参数S_q呈指数关系。在法向卸载阶段,渗流量随法向应力的降低基本不变,相较于加载阶段,卸载阶段法向应力对渗流量的影响明显降低;相较于未充填裂隙,充填裂隙闭合量、裂隙面形态、法向应力在加载和卸载阶段对渗流量的影响均较小,充填砂土的粒径或厚度越大,相同法向应力下裂隙渗流量越大。     

光滑裂隙水流模型实验及其机理初探

本文通过裂隙水室内模型实验研究，将理论值与实验作了对比分析，阐述了立方定律的适用范围。同时，对微裂隙水流运动亦进行了初步研究，在实验的基础上，通过机理实验研究的总结，得出了微裂隙水运动不完全属于牛顿流体运动的初步结论，在紊流实验的基础上提出了一个半经验公式。经比较，与实测结果较为一致。     

岩体裂隙传导系数研究

本文采用流体力学方法研究了粗糙裂隙和充填裂隙的水流特性，证明了单一裂隙的有效隙宽小于平均隙宽，且依赖于平均隙宽的均方差。研究了充填裂隙接触面积对流态的影响，论证了一些经验公式的局限性和有效性，对各种单宽流量公式的偏差进行了分析。     

单裂隙水流作用下岩体稳定温度场理论模型与有限元数值模拟

建立了单裂隙岩体的几何模型,在不考虑热对流、热辐射的前提下用岩体导热微分方程描述了裂隙岩体稳定温度场分布及定解条件,并进行了理论方面的分析;给出了岩体导热偏微分方程的有限元描述,应用FEPG软件对裂隙岩体二维稳定温度场分布进行了数值模拟。模拟结果表明:由于和裂隙水流发生了热量交换作用,裂隙岩体温度场也随之发生变化;裂隙岩体和裂隙水流温度相差越大,温度等值线越密集,岩体温度场变化越大,热量传递越快。     

岩体中不同形式裂隙对渗流压力差损耗的影响

基于立方定律,推导出不同形式裂隙的流量计算公式,对常见的"人"字形分支裂隙、"T"字形分支裂隙及十字形交叉裂隙的流动规律进行理论和数值分析,认为流体在裂隙分支和交叉处的偏流及交汇作用产生的收缩及扩张效应是压力差耗损大于其他部位的主要原因。引入压力差损耗系数的概念,对公式进行无量纲化处理,得出影响压力差耗损系数的主要因素是雷诺数、裂隙偏转角度及隙宽比。对压力差损耗系数的变化规律进行分析,结果表明:雷诺数的大小与消耗在裂隙分支或交叉处的压力成正比;裂隙偏转角度的增加在一定程度上可以减小压力差的损耗;"人"字形和"T"字形裂隙隙宽比增大,会使流体经过分支或交叉处产生的压力差损耗减小,但由于"十"字形交叉裂隙中同时存在交汇和偏流作用,其结果与上述情况相反。     

MODEL EXPERIMENT RESEARCH ON CROSS FRACTURE FLOW

This paper gives emphasis on the research of the problem of local head loss of cross fracture flow by a lot of model experiments,and a theoretical model of local head loss of cross fracture flow is founded by use of the momentum law of water flow.Through the correlation analysis between model experimental results and theoretical model,the correction coefficient of theoretical model is definite.The proposed calculation formula of local head loss of cross fracture flow can be used to analyze the problem of network fracture seepage.     

FORMULAE FOR AVERAGE VELOCITY OF GROUNDWATER FLOW AND EXPERIMENTAL EVIDENCE OF NON-DARCY' S FLOW THROUGH A SINGLE FRACTURE

The formulae for average velocity of groundw-ater flow in a single fracture were derived based on the characteristics of fracture properties and hydraulic methods. The results show that the average velocity is proportional to the square root of the hydraulic gradient. In order to verify the results, a laboratory model was established, and the experimental data were analyzed. Experimental results indicate that the relation between the average velocity and hydraulic gradient is nonlinear, and can be fitted with power functions. And for both the unconfined and confined flows, the value of the exponent of power functions are close to 0. 5. Thus the experimental results agree well with those from the theoretical analysis. By comparing the calculated and measured values of the average velocity under the same conditions, the formulae presented herein are more effective than the traditional formula based on Darcy's Law. These results provide the evidences of non-Dar-cy's flow in single fracture.     

基于分形理论的岩石裂隙非线性渗流各向异性研究

针对裂隙岩体非达西渗流问题,开展了不同粗糙裂隙非线性渗流特性的研究。将完整的方形岩块采用劈裂法制成裂隙试件,用三维光学扫描系统量测裂隙表面形貌,并采用Kulatilake提出的自仿射分形维度方法计算表面的分形维度来表征粗糙表面的各向异性特征。根据裂隙流的曲折效应,在Forchheimer定律基础上,提出了水文弯曲度和表面分形幂律关系来表征非线性特点,并由此提出了新的粗糙裂隙非线性分形模型。对各组裂隙试件在2个方向（0°,90°）上进行饱和渗流试验,发现流动符合Forchheimer定律且存在各向异性特点,最后由分形模型,提出了区分达西流与Forchheimer流的新判据。     

单裂隙渗流有限元数值仿真研究

根据蠕动流方程和Navier-Stokes方程,建立了单裂隙微凸体粗糙裂隙几何物理模型,并采用有限元方法对单裂隙微凸体粗糙裂隙及真实地层裂隙进行仿真模拟,研究了流体在通过上述裂隙时流速场分布及流速特性。规定了两个描述粗糙程度的参数：粗糙相关度R0=2A/bmin,粗糙倾斜指数R1=2A/λ。分析表明,单裂隙壁面处流体不参与流动,粘滞力影响较大;粗糙裂隙流场沿壁面成扇形分布,会产生＂回流＂现象。微凸体高度及密度可表征裂隙表面粗糙程度,微凸体高度与流体压差呈负相关,微凸体密度与流体压差呈正相关,R0和R1都与雷诺数及流量成反比关系,R1的临界值为0.714。     

基于数字图像相关方法的黄河冰断裂性能研究

河冰的断裂性能是衡量河冰承载力、模拟和预测开河的重要参数。为明晰黄河冰的断裂性能,基于数字图像测量技术(Digital Image Correlation,DIC)开展了黄河冰的三点弯曲梁试验,分析了不同条件下试样的断裂形态,研究了温度和加载速率对黄河冰断裂韧度的影响。研究结果表明:DIC方法适用于黄河冰断裂试验的研究;黄河冰试样的断裂形态主要受到晶体形态的影响,试样的破坏形式以Ⅰ型断裂为主;黄河冰断裂韧度随着加载速率的增加而降低,随着温度的升高而减小,但在试验给定温度范围内降幅较小;提出了黄河冰断裂韧度与温度、加载速率的关系式,为极限荷载作用下河冰断裂过程的分析及冰荷载断裂参数的选用提供了依据。     

COUPLING DISTINCT AND CONTINUOUS MEDIUM MODEL FOR FLOW ANALYSIS IN A FRACTURED ROCK MASS AND ITS APPLICATION

Fractures in a rock mass can be divided into dominant fracture system and network fracture system. An approach for the analysis of three dimensional ground water flow in a fractured rock mass is presented, in which flow in the dominant fracture system is described by a distinct medium model while flow in the network fracture system plus rock matrices (if considered) is described by a continuous medium model, and the two models are coupled by hydraulic head and flux. The coupling model facilitates to calculate one-by-one the fluid flow in the dominant fractures which are functioned as the major water transmission conduits, and it avoids unnecessary calculating fluid flow in individual network fractures which are numerous in number. In this way, the method can be applied to a large-sized calculation domain. In addition, a method of using network geometry data to calculate its equivalent porous permeability is presented in the paper, and the model implementation of water source and sink such as the pumping     

气孔构造岩石裂隙渗透特性研究

岩石光滑裂隙的渗透规律可用立方定理描述,而气孔构造岩石裂隙的渗透性却因裂隙面气孔的存在表现不同渗透规律及机理,值得深入研究。首先在海口市的火山岩地区选取了4种气孔分布有显著差异的玄武岩样品,测量其气孔特征参数后进行单裂隙渗透试验,然后引入裂隙面构造影响因子λ对试验结果做变换整理,获得了气孔构造裂隙渗透规律,最后通过数值分析,在印证室内试验所得规律合理的基础上,阐述了气孔构造对裂隙渗透性影响机理。研究结果表明:气孔构造的存在对裂隙渗流有显著影响,雷诺数较低(Re<200)时,气孔构造的存在可增加裂隙渗流流量;雷诺数较高(Re>200)时,气孔构造的存在可降低渗流流量;裂隙面构造影响因子λ与渗流雷诺数Re在一定范围内呈负指数相关。研究成果可供探明气孔构造岩石地区渗透特性时参考。