不同JRC粗糙单裂隙水力开度3D数值模拟研究

岩石的过水能力主要决定于其中的裂隙,其表面粗糙度的影响不可忽视,单裂隙是一个简单的理论验证装置。为了探究不同结构面粗糙度系数JRC的水力开度e h变化,提出在不同雷诺数条件下e h和JRC的定量关系。研究开展了不同JRC粗糙单裂隙渗流特性3D数值模拟。首先,数值化5条Barton提出的标准轮廓曲线并导入COMSOLMultiphysics软件;然后进行扫掠操作,构建了不同JRC的3D单裂隙模型;进一步,设置不同的边界条件和初始条件,求解3D单裂隙中不可压缩粘性流体Navier-Stokes方程和连续方程;最后,基于立方定律和求解得到的流场参数,定量不同JRC的3D单裂隙e h。研究结果表明,Forchheimer方程线性系数A和非线性系数B对JRC有着明显的依赖关系,也受到平均开度E的影响;E对于粗糙裂隙中的流体流动影响明显,然而在一定范围内的JRC对流体流动的非线性行为起促进作用;在E相近时,JRC值越大的裂隙模型中,低流速的区域越多;粗糙裂隙中的e_(h)和Re是负指数关系,考虑Re的e_(h)与JRC的定量关系为e_(h)=E_(2)JRC^(-2.5)Re^(-0.21)。研究得到不同Re条件下Re和JRC值的定量关系,促进了区域地质相关的工程设计优化,也可以为工程地质灾害提供理论依据。

岩体中节理裂隙面开度的测量方法

本文给出了单裂隙岩体的裂隙面平均开度和等效开度的实用测量方法 。