裂隙水交叉流的水力特性

这项研究建造了巨型平行板状交叉裂隙模型，并完成了裂隙交角为45°/135°、裂/15mm的裂隙水交叉流水力物理模拟实验，发现并通过实验证实了：偏向、水流阻力效应不等、偏流的裂隙交叉对水流的影响效应使裂隙水交叉流水力特征。对这三个特征，分别给出了严格的定义和必要的流体力学论偏流中，按其条件和客观规律分别确定了网络偏流和条件偏流，及其相交叉裂隙偏流系数的数学模型及条件偏流量和条件偏流系数的数学模型 2100433B

成果概括有以下五大方面： 一、作者在长期野外水文地质调查的基础上，建立了各种裂隙交角和可调隙宽比的巨型交叉裂隙模型，模型设计合理，制作工艺复杂，防止漏水技术先进。 二、经模型实验证实的裂隙水交叉流的三个重要水力特征：偏向、α和β方向上水流阻力效应不等和偏流，是自然科学的重大发现，为裂隙水偏流理论的建立奠定了基础。 三、根据裂隙水具有定向渗流、并在裂隙水流场内“偏流效应”使部分水力梯度失效的特点，找出了按传统或现行裂隙水流模型预测流量及压力分布经常产生显著偏差的原因。 四、在国内首次用罚函数法进行有限元分析。 五、在正交或斜交、等径或异径的交叉圆管模型中，完成了各种交叉流和单管流实验。充分证实偏流是水在裂隙网络中运动时普遍存在的客观规律，纠正了许多国外知名学者持有的“交叉对水流的影响效应可以忽略”的错误观点。 裂隙水偏流是最新出现的一个重要的水文地质学基础理论，对地下水力学，甚至整个基岩水文地质学的发展将发挥重要的促进作用。本研究成果达到国际领先水平。 2100433B

按裂隙的成因分为成岩裂隙水、构造裂隙水和风化裂隙水。按裂隙水的水力联系程度分为风化壳网状裂隙水、层状裂隙水和脉状裂隙水。

裂隙水风化裂隙水

赋存于岩体的风化带中。风化作用与卸荷作用决定了岩体的风化裂隙带在近地表处呈壳状分布，通常厚数米至数十米。裂隙分布密集均匀，连通良好的风化裂隙带构成含水层，未风化或风化程度较轻的母岩构成相对隔水层。因此，风化裂隙水一般为潜水。被后朔沉积覆盖的古风化壳，也可赋存承压水。风化裂隙水通常分布比较均匀，水力联系较好，但含水体的规模和水量都比较局限。

裂隙水成岩裂隙水

赋存于各类成岩裂隙中。成岩裂隙是沉积岩固结脱水及岩浆岩冷凝收缩形成的裂隙。一般情况下，成岩裂隙多为闭合，不构成含水层。陆地喷溢的玄武岩裂隙发育且张开，可构成良好含水层。岩脉及侵入岩体与围岩的接触带，冷凝后可形成张开的呈带状分布的裂隙，赋存带状裂隙水。熔岩流冷凝过程中未冷凝的熔岩流走，在岩体中留下的巨大熔岩孔道，形成管状含水带，可成为强富水的含水层。

裂隙水构造裂隙水

构造裂隙是固结岩石在构造应力作用下形成的最为常见的裂隙。构造裂隙水以分布不均匀、水力联系不好为其特征。在钻孔、平酮、竖井及各种地下工程中，构造裂隙水的涌水量、水位、水温与水质往往变化很大。这是由于构造裂隙的分布密度、方问性、张开性、延伸性极不均一所造成的。一般说来，层状岩层中，构造裂隙发育较为均匀，在层面裂隙的沟通下，构造裂隙水的水力联系较好。块状岩体中构造裂隙发育极不均匀，通常可分为3个级次的裂隙空间:[1]细短闭合的小裂隙构成的微裂隙岩体；[2]张开且延伸较长的中等裂隙构成的导水裂隙网络；[3]大裂隙与断层构成的局部导水通道。当钻孔或坑道进人微裂隙岩体时，水量微不足道；遇到裂隙网络时，出现较大水量;触及大的裂隙导水通道，水量十分可观。

裂隙岩体的渗透性，由于裂隙的性质及发育的方向性而具有各向异性。同时，随着空间尺度增加，宽度较小的裂隙交接处增加，裂隙网络的渗透参数将会降低，这就是裂隙岩体的尺度效应。河谷地带的裂隙岩体中，往往存在两类互相独立的裂隙网络系统，在浅表部连续分布的裂隙网络中，为浅循环冷水；在深部存在相对封闭而又连通的裂隙网络中，则为深循环水。

在裂隙岩体中开采或排除地下水时，要根据裂隙水的特点布置佑孔与坑道。在裂隙岩体中修建水利工程时，要充分考虑裂隙水的复杂性。渗漏计算，排水孔 (幕)和灌浆工程的设计，都应充分考虑裂隙岩体渗透性的不均一性，各向异性和尺度效应。