岩石节理复杂渗流规律及其几何形貌影响机制

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。 2100433B

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。

研究含二维和三维单体或多条裂隙岩样在无水和有压水时三轴应力条件下岩桥破裂贯通机制、研究不同参数锚固对上述试件裂隙扩展的抑制效应。用流形元等方法模拟裂隙扩展。建立反应裂隙岩体破裂效应的固流耦合断裂损伤分析模型，应用理论研究成果分析实际工程的稳定性和渗流场变化。这对水利、矿山等工程稳定性及渗流效应有重要理论及实际意义。 2100433B

节理的力学和渗流性质对岩体的力学和渗流性质起着支配作用，节理的力学和渗流性质存在相互的耦合作用，尤其是在剪切过程中，因此，高渗透压力作用下节理的剪切-渗流耦合性质是岩体力学和工程中迫切需要解决的关键科学问题，而岩石节理全剪切-渗流耦合试验系统是揭示这一科学问题的重要手段。虽然已有节理在不同法向应力下的渗流试验以及较低渗流压力下节理剪切位移后的渗流试验的研究成果，但是较高渗流压力下在节理剪切达到其峰值后的过程中进行的渗流试验和研究还是空白，主要是由于一直没有能在节理剪切过程中进行渗流试验的渗流剪切盒。本项目拟重点攻克高渗流压力下渗流剪切盒在剪切过程中的密封、高渗流压力和小流量的测量和控制、常刚度控制等技术关键，研制岩石节理全剪切-渗流耦合试验系统及相应的试验技术，为研究巷道、隧道、地下洞室、边坡等岩体工程中的科学问题提供仪器和技术支撑。