岩体裂隙面形貌特征对其渗流特性的影响研究
Study on the Influence of Morphology of Rock Mass Fracture Surface on Its Seepage Characteristics
- 防灾减灾工程学报 2021年41卷第1期 页码：110-117
- 作者机构：
三峡库区地质灾害教育部重点实验室（三峡大学），湖北 宜昌 443002
- 作者简介：
段玲玲（1991— ），女，硕士研究生。主要从事岩石力学方面的研究。E‑mail: 201708521321010@ctgu.edu.cn
邓华锋（1979— ），男，教授，博导。主要从事岩土工程方面的研究。E‑mail: dhf8010@ctgu.edu.cn
- 基金信息：国家自然科学基金项目(51679127);国家自然科学重点项目(51439003);三峡库区地质灾害教育部重点实验室（三峡大学）开放研究基金项目(2018KDZ04);三峡大学硕士学位论文培优基金项目(2019SSPY018)
DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.2021.01.013
中图分类号： O357.3收稿：2018-12-26，
修回：2019-03-15，
纸质出版：2021-02-15
- 稿件说明：
移动端阅览
段玲玲,邓华锋,熊雨等.岩体裂隙面形貌特征对其渗流特性的影响研究[J].防灾减灾工程学报,2021,41(01):110-117.
DUAN Lingling,DENG Huafeng,XIONG Yu,et al.Study on the Influence of Morphology of Rock Mass Fracture Surface on Its Seepage Characteristics[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2021,41(01):110-117.
段玲玲,邓华锋,熊雨等.岩体裂隙面形貌特征对其渗流特性的影响研究[J].防灾减灾工程学报,2021,41(01):110-117. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.2021.01.013.
DUAN Lingling,DENG Huafeng,XIONG Yu,et al.Study on the Influence of Morphology of Rock Mass Fracture Surface on Its Seepage Characteristics[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2021,41(01):110-117. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.2021.01.013.
摘要
岩体裂隙面的形貌特征直接影响其渗流特性，为了分析二者的相关关系，采用劈裂法制备了单裂隙砂岩试样，进行了裂隙面扫描分析和渗流试验，基于分形维数在定量表达不规则曲线形貌特征方面的优势，提出了考虑裂隙面形貌各向异性特征的分形维数计算方法。研究结果表明：（1）基于矩阵理论的裂隙面综合分形维数，相当于用矩阵网格去覆盖整个裂隙面，可以较好地反映裂隙面的整体形貌特征；（2）裂隙面的形貌特征对其渗流特性影响显著，随着裂隙面综合分形维数逐渐增大，裂隙岩体的渗透系数逐渐减小，而且侧向应力越大，渗透系数的减小趋势越明显；（3）分析建立了裂隙岩样渗透系数
k
f
与裂隙面综合分形维数
D
的相关关系，验证分析表明，该公式计算得到的裂隙岩样渗透系数与试验结果吻合较好。相关研究成果可为裂隙岩体渗流特性分析提供参考。
Abstract
The morphology of the fracture surface of the rock mass directly affects the seepage characteristics， and a single fracture sandstone sample was prepared by the splitting test to analyze their correlation. The fracture surface scanning analysis and seepage test were carried out to quantitatively express the morphological characteristics of irregular curves based on fractal dimension， and the fractal dimension calculation method was proposed considering the anisotropic characteristics of fracture surface morphology. The results show that： （1） The comprehensive fractal dimension of the fracture surface based on matrix theory is equivalent to covering the whole fracture surface with matrix grid， which can better reflect the overall topography of the fracture surface； （2） The morphological characteristics of the fracture surface have a significant influence on the seepage characteristics. As the fractal dimension of the fracture surface increases， the permeability coefficient of the fractured rock decreases gradually， and with the increase of the lateral stress， the decreasing trend of the permeability coefficient becomes more obvious. （3） The correlation between the permeability coefficient
k
f
of the fractured rock sample and the comprehensive fractal dimension
D
of the fracture surface can be expressed， and the verification analysis shows that permeability coefficient of the fractured rock calculated by the proposed empirical formula agrees well with the experimental results. The related research results can provide reference for the analysis of seepage characteristics of fractured rock mass.
关键词
Keywords
references
雷光伟 . 岩体节理几何特征研究及三维网络模拟 ［D］. 重庆 ： 重庆大学 ， 2015
Lei G W . Study on rock mass joints geometric features and 3D network simulation ［D］. Chongqing ： Chongqing University ， 2015 . （in Chinese）
赵延林 ， 王卫军 ， 黄永恒 ， 等 . 裂隙岩体渗流-损伤-断裂耦合分析与工程应用 ［J］. 岩土工程学报 ， 2010 ， 32 （ 1 ）： 24 - 32 .
Zhao Y L ， Wang W J ， Huang Y H ， et al . Coupling analysis of seepage-damage-fracture in fractured rock mass and engineering application ［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering ， 2010 ， 32 （ 1 ）： 24 - 32 . （in Chinese）
ЛОМИЗЕ М . Фильтрация в трещиноватых породах ［M］. MockBa ： Госэнергоизат ， 1951 .
Рomm Е С . Фильтрационные своистьа трещиновтых горныхпород ［M］. Москва ： Издательстьо Недра ， 1966 .
Snow D . Anisotropic permeability of fractured media ［J］. Water Resources Research ， 1969 ， 5 （ 6 ）： 1273 ‑ 1289 .
贺玉龙 ， 杨立中 . 围压升降过程中岩体渗透率变化特征的试验研究 ［J］. 岩石力学与工程学报 ， 2004 ， 23 （ 3 ）： 415 - 419 .
He Y L ， Yang L Zh . Testing study on variational characteristics of rock mass permeability under loading-unloading of confining pressure ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2004 ， 23 （ 3 ）： 415 - 419 . （in Chinese）
王来贵 ， 张阳 ， 刘向峰 ， 等 . 单裂隙砂岩渗流特性实验研究 ［J］. 硅酸盐通报 ， 2018 ， 37 （ 5 ）： 1804 - 1812 .
Wang L G ， Zhang Y ， Liu X F ， et al . Experimental research on seepage characteristics of sandstone with single fracture ［J］. Bulletin of the Chinese Ceramic Society ， 2018 ， 37 （ 5 ）： 1804 - 1812 . （in Chinese）
黄帆 ， 姚池 ， 周创兵 ， 等 . 考虑裂隙迹长和开度相关性的随机裂隙网络数值模拟及渗流分析 ［J］. 水利水运工程学报 ， 2018 （ 2 ）： 35 - 42 .
Huang F ， Yao Ch ， Zhou Ch B ， et al . Numerical simulation and seepage analysis of stochastic fracture network considering correlation between fracture trace length and aperture ［J］. Hydro-Science and Engineering ， 2018 （ 2 ）： 35 - 42 . （in Chinese）
肖维民 ， 夏才初 ， 王伟 ， 等 . 考虑接触面积影响的粗糙节理渗流分析 ［J］. 岩土力学 ， 2013 ， 34 （ 7 ）： 1913 - 1922 .
Xiao W M ， Xia C Ch ， Wang W ， et al . Analysis of fluid flow through a rough joint considering effect of contact area ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2013 ， 34 （ 7 ）： 1913 - 1922 . （in Chinese）
速宝玉 ， 詹美礼 ， 王媛 . 裂隙渗流与应力耦合特性的试验研究 ［J］. 岩土工程学报 ， 1997 ， 19 （ 4 ）： 73 - 77 .
Su B Y ， Zhan M L ， Wang Y . Experimental study on coupling characteristics of fracture seepage and stress ［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering ， 1997 ， 19 （ 4 ）： 73 - 77 . （in Chinese）
杨金保 ， 冯夏庭 ， 潘鹏志 . 考虑应力历史的岩石单裂隙渗流特性试验研究 ［J］. 岩土力学 ， 2013 ， 34 （ 6 ）： 1629 ‑ 1635 .
Yang J B ， Fong X T ， Pan P Zh . Experimental study of permeability characteristics of single rock fracture considerinstress history ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2013 ， 34 （ 6 ）： 1629 ‑ 1635 . （in Chinese）
Sheng T D ， Chao J ， Wei G Q ， et al . Theoretical and experimental investigation of characteristics of single fracture stress-seepage coupling considering microroughness ［J］. Mathematical Problems in Engineering ， 2017 ， 2017（pt . 7 ）： 1 - 12 .
段慕白 ， 李皋 ， 孟英峰 ， 等 . 不同节理粗糙度系数的裂隙渗流规律研究 ［J］. 水资源与水工程学报 ， 2013 ， 24 （ 5 ）： 41 ‑ 44 .
Duan M B ， Li G ， Meng Y F ， et al . Research on regulation of fracture seepage in different joint roughness coefficients ［J］. Journal of Water Resources and Water Engineering ， 2013 ， 24 （ 5 ）： 41 ‑ 44 . （in Chinese）
王志良 ， 申林方 ， 徐则民 ， 等 . 岩体裂隙面粗糙度对其渗流特性的影响研究 ［J］. 岩土工程学报 ， 2016 ， 38 （ 7 ）： 1262 - 1268 .
Wang Zh L ， Shen L F ， Xu Z M ， et al . Influence of roughness of rock fracture on seepage characteristics ［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering ， 2016 ， 38 （ 7 ）： 1262 - 1268 . （in Chinese）
Luo J ， Qi Y ， Zhao Q ， et al . Investigation of flow and heat transfer characteristics in fractured granite ［J］. Energies ， 2018 ， 11 （ 5 ）： 1228 .
贺玉龙 ， 陶玉敬 ， 杨立中 . 不同节理粗糙度系数单裂隙渗流特性试验研究 ［J］. 岩石力学与工程学报 ， 2010 ， 29 （ 增1 ）： 3235 - 3240 .
He Y L ， Tao Y J ， Yang L Zh . Experimental study on seepage characteristics of single fracture with different joint roughness coefficients ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2010 ， 29 （ Sup 1 ）： 3235 - 3240 . （in Chinese）
蒋宇静 ， 李博 ， 王刚 ， 等 . 岩石裂隙渗流特性试验研究的新进展 ［J］. 岩石力学与工程学报 ， 2008 ， 27 （ 12 ）： 2377 - 2386 .
Jiang Y J ， Li B ， Wang G ， et al . New advances in experimental study on seepage characteristics of rock fissures ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2008 ， 27 （ 12 ）： 2377 - 2386 . （in Chinese）
王蓉 . 基于三维扫描技术的裂隙面重建及其渗流规律研究 ［D］. 武汉 ： 武汉轻工大学 ， 2017 .
Wang R . Based on the reconstruction of the fracture surface using 3d scanning technology and seepage law research ［D］. Wuhan ： Wuhan University of Light Industry ， 2017 . （in Chinese）
韩杨 . 隧道裂隙岩体渗透系数试验研究 ［D］. 石家庄 ： 石家庄铁道大学 ， 2015 .
Han Y . Experimental study on permeability coefficient fractured rock mass of tunnel ［D］. Shijiazhuang ： Shijiazhuang Railway University ， 2015 . （in Chinese）
王聪超 . 交叉裂隙岩样渗透特性试验研究 ［D］. 石家庄 ： 石家庄铁道大学 ， 2016 .
Wang C Ch . Experimental study on permeability characteristics of cross-fractured rock mass ［D］. Shijiazhuang ： Shijiazhuang Railway University ， 2015 . （in Chinese）
夏才初 ， 王伟 ， 曹诗定 . 节理在不同接触状态下的渗流特性 ［J］. 岩石力学与工程学报 ， 2010 ， 29 （ 7 ）： 1297 - 1306 .
Xia C Ch ， Wang W ， Cao Sh D . Flow characteristics of joints different contact conditions ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2010 ， 29 （ 7 ）： 1297 - 1306 . （in Chinese）
Chen Z ， Liu Y ， Zhou P . A comparative study of fractal dimension calculation methods for rough surface profiles ［J］. Chaos ， Solitons & Fractals ， 2018 ， 112 ： 24 - 30 .
周创兵 ， 熊文林 . 不连续面的分形维数及其在渗流分析中的应用 ［J］. 水文地质工程地质 ， 1996 （ 6 ）： 1 - 6 .
Zhou Ch B ， Xiong W L . Fractal dimension of discontinuous surface and its application in seepage analysis ［J］. Hydrogeology and Engineering Geology ， 1996 （ 6 ）： 1 - 6 . （in Chinese）
王刚 ， 黄娜 ， 蒋宇静 ， 等 . 考虑分形特征的节理面渗流计算模型 ［J］. 岩石力学与工程报 ， 2014 ， 33 （ 增2 ）： 3397 - 3405 .
Wang G ， Huang N ， Jiang Y J ， et al . Seepage calculation model for rough joint surface considering fractal characteristics ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2014 ， 33 （ Sup 2 ）： 3397 - 3405 . （in Chinese）
王昌硕 ， 王亮清 ， 葛云峰 ， 等 . 基于统计参数的二维节理粗糙度系数非线性确定方法 ［J］. 岩土力学 ， 2017 ， 38 （ 2 ）： 565 - 573 .
Wang Ch Sh ， Wang L Q ， Ge Y F ， et al . A nonlinear method for determining two-dimensional joint roughness coefficient based on statistical parameters ［J］ . Rock & Soil Mechanics ， 2017 ， 38 （ 2 ）： 565 - 573 . （in Chinese）
陈世江 ， 朱万成 ， 刘树新 ， 等 . 岩体结构面粗糙度各向异性特征及尺寸效应分析 ［J］. 岩石力学与工程学报 ， 2015 ， 34 （ 1 ）： 57 - 66 .
Chen Sh J ， Zhu W Ch ， Liu Sh X ， et al . Anisotropy and size effects of surface roughness of rock joints ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering 2015 ， 34 （ 1 ）： 57 - 66 . （in Chinese）
孙辅庭 ， 佘成学 ， 蒋庆仁 . 一种新的岩石节理面三维粗糙度分形描述方法 ［J］. 岩土力学 ， 2013 ， 34 （ 8 ）： 2238 - 2242 .
Sun F T ， She Ch X ， Jiang Q R . A new fractal description method for three-dimensional roughness surface of rock joint ［J］. Rock & Soil Mechanics ， 2013 ， 34 （ 8 ）： 2238 - 2242 . （in Chinese）
陶玉敬 . 不同JRC单裂隙渗流特征的试验研究 ［D］. 成都 ： 西南交通大学 ， 2007 .
Tao Y J . Experimental research on hydraulic behaviors in a single joint with various values of JRC ［D］. Chengdu ： Southwest Jiaotong University ， 2007 . （in Chinese）
周创兵 ， 熊文林 . 岩石节理的渗流广义立方定理 ［J］. 岩土力学 ， 1996 （ 4 ）： 1 - 7 .
Zhou Ch B ， Xiong W L . A generalized cubic law for percolation in rock joints ［J］. Rock & Soil Mechanics ， 1996 （ 4 ）： 1 - 7 . （in Chinese）
0
浏览量
0
下载量
2
CSCD
- 网络PDF下载
- WORD下载
- Meta-XML下载
- BibTeX下载
- Endnote下载
- RefMan 下载
- NoteExpress下载
- NoteFirst下载
关联资源
相关文章
相关作者
相关机构
- 技术支持由北京北大方正电子有限公司提供 苏ICP备05012539号-11
苏公网安备32010202012147号 - 本系统建议在Chrome、 IE9+ 以上版本浏览器阅读本站内容，360浏览器请切换至极速模式
- Cookies帮助我们提供服务并提供个性化体验。使用本网站，即表示您同意我们使用Cookies
