Experimental study on nonlinear flow behavior of rough single fracture under high geostress and high seepage pressure
Lin Zhinan1,2 Feng Shihong1,2 Wang Jiaquan1,2 Zhang Qiang3
1. Guangxi University of Science and Technology, Liuzhou 545006, China
2. Geotechnical Disaster and Ecological Control Engineering Research Center of Guangxi Zhuang Autonomous Region, Liuzhou 545006, China
3. China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100038, China
摘要为研究高地应力和高渗压下深部裂隙岩石的渗透演化特征，文章采用 Rock Top-50HT全应力多场耦合三轴试验系统，开展一系列高围压和高渗压作用下不同粗糙度系数(JRC)单裂隙砂岩渗透试验。基于试验获得不同水力梯度下单裂隙砂岩的非线性渗透特性以及其表征方法；建立Forchheimer方程中参数A、B与JRC之间的定量关系；探究不同JRC单裂隙砂岩非线性渗流过程中雷诺数Re、非达西渗流因子E和表观透过率Ta等渗透参数的演化规律。结果表明：①随着水力梯度逐渐增大，单裂隙砂岩的渗流量呈现出明显的非线性渗流特性；随着JRC值增大，单裂隙砂岩的非线性渗流特征逐渐增强；②高围压和高渗压作用下裂隙的非线性渗流成因机制为渗透失稳和固液界面效应。采用Forchheimer方程定量分析时其非达西惯性系数为负值，表征单裂隙的渗流成因机制为渗透失稳；采用Izbash方程定量分析时发现单裂隙砂岩的非线性渗流特征是由显著的固液界面效应导致；③随着水力梯度增加，雷诺数Re呈非线性增大；非达西渗流因子E为负值且呈非线性降低变化；表观透过率Ta呈现出先振荡，后平稳发展，再迅速增大的发展趋势。研究成果对高地应力和高渗压下的深部裂隙岩体非线性渗流规律、稳定性分析和防灾减灾工程认识具有较重要的意义。
林志南 冯世宏 王家全 张强. 高应力和高渗压下粗糙单裂隙非线性渗透行为试验研究[J]. 土木工程学报, 2024, 57(12): 92-103，131.
Lin Zhinan Feng Shihong Wang Jiaquan Zhang Qiang. Experimental study on nonlinear flow behavior of rough single fracture under high geostress and high seepage pressure. 土木工程学报, 2024, 57(12): 92-103，131.
