文献类型：学位论文

中文题名：岩石裂隙渗透性尺寸效应的数值试验研究

作者：高超[1];

机构：[1]绍兴文理学院;

导师：钟振;绍兴文理学院|张飞;绍兴文理学院

授予学位：硕士

语种：中文

中文关键词：岩石裂隙;渗透性;尺寸效应;数值模拟;临界尺寸

中文摘要：岩体渗透性存在尺寸效应,但尺寸效应涉及的影响因素众多,其内在控制机理尚未明了。为此,本文基于有限元数值模拟软件COMSOL构建大尺寸岩石裂隙试样（长×宽:20m×20m）,在此基础上,为保证岩石裂隙参数的一致性,在同一大尺寸试样上采用由中心向四周截取的方式获得系列尺寸岩石裂隙试样。随后,通过求解Reynolds方程开展岩石裂隙渗透数值试验研究,并选取裂隙开度、粗糙度和法向应力为敏感因子,开展变裂隙开度、粗糙度和法向应力下的渗透数值模拟。主要研究工作如下:（1）基于COMSOL数值模拟软件建立了变裂隙开度、变粗糙度的16组大尺寸岩石裂隙试样,裂隙开度服从正态分布,并基于此采用由中心向四周截取的方式获得系列尺寸岩石裂隙试样。（2）岩石裂隙渗透数值模型验证。采用3D打印机复刻三种不同尺寸的岩石裂隙试样,采用高压高精度柱塞泵开展了岩石裂隙渗流试验,验证岩石裂隙渗透性尺寸效应数值模型的可靠性。（3）基于COMSOL通过求解Reynolds方程开展岩石裂隙渗透数值试验研究,获得的岩石裂隙渗流量随试样尺寸的增大而增加,岩石裂隙渗透系数随试验尺寸增大而增大,直至达到13m左右时趋于一定值。（4）开展不同裂隙开度、不同粗糙度下和不同法向应力下的岩石裂隙渗流试验,研究了岩石裂隙渗透性尺寸效应影响因素。研究结果表明,不同裂隙开度、不同粗糙度及不同法向应力下的渗流量均随试样尺寸增大而增大,不同工况下的岩石渗流量随裂隙开度增大、粗糙度减小和法向应力减小而增大。岩石裂隙渗透系数随试样尺寸增大而增大,但随试样尺寸增大增速减小,最后趋于定值;临界尺寸随裂隙开度减小、粗糙度增大及法向应力增加而增加。裂隙开度、粗糙度和法向应力均对岩石裂隙渗透性尺寸效应有一定影响,且相较于粗糙度和法向应力,裂隙开度对渗透性尺寸效应的影响更为显著。