动水作用下岩体裂隙中颗粒运动规律的试验研究

动水作用下岩体裂隙中的颗粒运动是引起渗透破坏的常见原因。针对天然岩石裂隙的随机性与隐蔽性,采用三维Weierstrass-Mandelbrot分形函数构建随机裂隙通道,并采用3D打印方法获得透明裂隙模型实体,使用微流体控制仪开展动水作用下颗粒在裂隙中的运动试验,分析裂隙粗糙程度、颗粒粒径与裂隙开度的比值(简称粒径隙宽比)、渗流水压力对颗粒在裂隙中起动、运移的影响规律,进而推断岩体裂隙发生渗透破坏的可能性。研究结果表明:颗粒在岩石裂隙中的运动规律与裂隙粗糙程度、水压力、颗粒粒径隙宽比3个因素有关。裂隙粗糙程度越大,或颗粒粒径隙宽比越大,颗粒越不容易开始运动,即裂隙发生渗透破坏的可能性越低。同时,水压力是颗粒运动的主导因素,颗粒粒径隙宽比对颗粒运动的影响与水压力有关。存在一特定水压力临界值,未达到该水压力时,颗粒粒径隙宽比对平均运动速度的影响不明显,超过该水压力后,影响程度显著增大,且该临界水压力值的大小与裂隙粗糙程度有关,裂隙越粗糙,临界水压力越大。