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1、LOGO岩体裂隙流固化耦合作用研究岩体裂隙流固化耦合作用研究汇汇 报报 人：周人：周 庆庆指导教师：詹美礼指导教师：詹美礼专专 业：水力学及河流动力学业：水力学及河流动力学 单裂隙流固化耦合作用模拟单裂隙流固化耦合作用模拟汇报内容汇报内容研究背景研究背景裂隙的生成裂隙的生成总结总结1 12 23 34 研究背景研究背景 在流固化耦合作用下，岩石内部矿物颗粒间联结被削弱，岩石溶蚀物质被水溶液带走或被吸附沉淀，裂隙结构面、岩石孔隙结构将发生显著的变异，从而导致裂隙岩石渗透特性发生重大改变，最终对岩石工程的安全产生重要影响。近年来，随着深部地下空间、地下资源的开发和利用，研究并掌握渗流-应力-化学耦
2、合作用下裂隙岩石的渗透特性变化规律就显得尤为重要。裂隙的生成裂隙的生成 由于岩体中裂隙的存在，使得岩体的渗流性质具有非均匀性、各向异性等特性。这些裂隙是渗流的主要通道，裂隙的几何形状、粗糙程度、空间相对位置的不同，将严重的影响裂隙中水流的形态及渗流特性。 天然裂隙面是凸凹不平的，采用分形理论，利用随机布朗运动函数法来模拟粗糙裂隙面，函数表达式如下：裂隙的生成裂隙的生成 在模拟裂隙开度（隙宽）时可以仿照裂隙开度产生的方法来生成，即根据裂隙面错位的思想。 首先，根据分形理论生成一个裂隙面； 然后，让此裂隙面产生一个错位，则某固定点处的裂隙面位移值发生了变化，其位移变化值即为裂隙的开度大小。 注意：
3、当计算过程中产生负值时，可以认为裂隙开度为零。裂隙的生成裂隙的生成运用MATLAB生成的裂隙开度分布图：单裂隙流固化耦合作用模拟单裂隙流固化耦合作用模拟岩岩石石裂裂隙隙的的渗渗流流- -应应力力- -化化学学耦耦合合（简简称称流流固固化化耦耦合合）可用下图表示可用下图表示: :Hydrological渗流场HM 水压力改变有效应力HC 水流类型影响溶质扩散、传导过程Mechanical应力场MH 改变裂隙分布从而影响渗流通道MC 裂隙面产生压力溶解改变水流通道Chemical化学场CH 溶质的溶解、沉淀、吸附改变渗透特性CM 裂隙沉淀物影响裂隙刚度、强度、属性单裂隙流固化耦合作用模拟单裂隙流固
4、化耦合作用模拟单裂隙流固化耦合作用模拟单裂隙流固化耦合作用模拟单裂隙流固化耦合作用模拟单裂隙流固化耦合作用模拟单裂隙流固化耦合作用模拟单裂隙流固化耦合作用模拟单裂隙流固化耦合作用模拟单裂隙流固化耦合作用模拟离子从CaCO3表面扩散出去造成了表面的后退，如图所示：单裂隙流固化耦合作用模拟单裂隙流固化耦合作用模拟单裂隙流固化耦合作用模拟单裂隙流固化耦合作用模拟单裂隙流固化耦合作用模拟单裂隙流固化耦合作用模拟单裂隙流固化耦合作用模拟单裂隙流固化耦合作用模拟单裂隙流固化耦合作用模拟单裂隙流固化耦合作用模拟 利用生成的裂隙开度，并设置边界条件和初始条件，可模拟出80时水流通过石灰岩裂隙的渗透过程。 模拟
5、时间为500天，下图是初始时刻裂隙开度三维图（图中白色部分为裂隙面闭合处）。 单裂隙流固化耦合作用模拟单裂隙流固化耦合作用模拟 模拟时间为50天时，裂隙开度三维图如下（图中白色部分为裂隙面闭合处）： 单裂隙流固化耦合作用模拟单裂隙流固化耦合作用模拟 模拟时间为500天时，裂隙开度三维图如下（图中白色部分为裂隙面闭合处）： 单裂隙流固化耦合作用模拟单裂隙流固化耦合作用模拟 将上述三张图对比可发现： 50天时裂隙闭合处有明显的增大，可知裂隙溶解的初始阶段以压力溶解作用为主，造成了裂隙面闭合处的增大。 500天时裂隙闭合处面积仍然在增大，但趋势已经减小，裂隙未闭合处的裂隙开度增大较为明显，可知在这一阶段裂隙溶解是以表面溶质溶解作用为主。 由此可得，裂隙的溶解过程可以分为压力溶解阶段和表面溶解阶段。总结总结研究流固化耦合作用下裂隙岩石的渗透特性变化规律，有助于人们对复杂环境下裂隙岩体渗流变化模式、渗流基本规律及耦合作用机制的研究，具有十分重要的科学和工程意义。上述所建立的数学模型只是一个初步的理论模型，还需要大量试验资料的验证或校正，其中许多参数的取值也需要进行深入的研究。
