位置:成果数据库 > 期刊 > 期刊详情页
交叉裂隙水力学开度的计算及非线性水力特性研究
  • ISSN号:1000-7598
  • 期刊名称:《岩土力学》
  • 时间:0
  • 分类:TU452[建筑科学—岩土工程;建筑科学—土工工程]
  • 作者机构:[1]日本长崎大学工学部地盘环境研究室,日本长崎8528521, [2]山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点试验室培育基地,山东青岛266510, [3]山东大学岩土与结构工程研究中心,山东济南250061
  • 相关基金:国家自然科学基金(No.51379117); 日本学术振兴会青年基金B(No.15K18302); 青年科学基金(No.51109209)
中文摘要:

基于人工交叉裂隙模型,通过室内透水试验,得到了不同进口与出口组合时的流量和压力变化的关系曲线。同时结合串联裂隙水力学开度的计算公式,利用最小二乘法求解超静定方程组,计算交叉裂隙中每个裂隙单元的水力学开度。通过拓扑得到裂隙交叉点的几何尺寸,并求解Navier-Stokes方程,研究裂隙交叉对其水力特性的影响。结果表明,通过室内试验和串联裂隙水力学开度计算公式相结合的方法,可以准确计算每个裂隙单元的水力学开度。当雷诺数Re较小时,交叉点内部的流体成稳态层流流动;当雷诺数较大(比如Re≥100)时,可以观测到明显的漩涡,说明流体的惯性力远大于黏性力,经典的立方定律不再适用。对于1个进口2个出口的情况,出口的流量分配比率与雷诺数成二次函数关系,随着雷诺数的增大,流量分配比率的非线性越来越明显,其最大分配比率变化超过15%。出口的水力学开度e与初始水力学开度(即力学开度E0)的比值e/E0和雷诺数Re也具有二次函数关系。当Re〈1时,e=E0呈线性关系;当110时,e/E0呈现出较强的非线性;利用该关系式可以得到修正的立方定律,从而进一步求解交叉裂隙的水力特性问题。

英文摘要:

Fluid flow tests are conducted on an artificial crossed fracture model. The relations between flux and pressure are obtained under different combinations of inlets and outlets. For these connected fractures, indeterminate equations are utilized to calculate the hydraulic aperture of each fracture element with the least squares method. The geometry of the fracture intersection is reproduced with topology method. The effect of fracture intersection on hydraulic characteristics is researched by solving Navier-Stokes equations The results show that the fracture aperture for each fracture element can be accurately calculated based on flow test results and equations of hydraulic aperture. Within the fracture intersection, static flow and vortexes are observed respectively at lower Reynolds numbers and higher Reynolds numbers(Re≥100). It is shown that the inertial force is far larger than the viscous force and the cubic law is no longer applicative. For the cases with one inlet and two outlets, the normalized flow rate exhibits a quadratic relationship with the Reynolds number, especially when Reynolds number is large. The flow rate difference between the two outlets can be as much as 15%. The ratio of hydraulic aperture e to mechanical aperture E0, i.e. e/Eo, varies with the increase of Reynolds number at the inlet. The value of e/Eo shows linear, little nonlinear and strong nonlinear relations respectively when Re〈1, 1〈Re〈10, Re〉10. A nonlinear modified cubic law is obtained with the relation between e/Eo and Re. This modified cubic law can be utilized to solve the nonlinear hydraulic characteristics caused by fracture intersections.

同期刊论文项目
同项目期刊论文
期刊信息
  • 《岩土力学》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院武汉岩土力学研究所
  • 主编:孔令伟
  • 地址:武汉市武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所
  • 邮编:430071
  • 邮箱:ytlx@whrsm.ac.cn
  • 电话:027-87198484 87199252
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-7598
  • 国内统一刊号:ISSN:42-1199/O3
  • 邮发代号:38-383
  • 获奖情况:
  • 全国中文核心期刊,美国《工程索引》EI收录期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:56873