不同JRC粗糙单裂隙水力开度3D数值模拟研究

作者：程智余; 姜克儒; 刘瑞; 马海春; 王京平

来源：安徽理工大学学报(自然科学版), 2023, 43(06): 45-52.

• 水力开度
• JRC
• 平均开度
• 单裂隙

岩石的过水能力主要决定于其中的裂隙，其表面粗糙度的影响不可忽视，单裂隙是一个简单的理论验证装置。为了探究不同结构面粗糙度系数JRC的水力开度eh变化，提出在不同雷诺数条件下eh和JRC的定量关系。研究开展了不同JRC粗糙单裂隙渗流特性3D数值模拟。首先，数值化5条Barton提出的标准轮廓曲线并导入COMSOLMultiphysics?软件；然后进行扫掠操作，构建了不同JRC的3D单裂隙模型；进一步，设置不同的边界条件和初始条件，求解3D单裂隙中不可压缩粘性流体Navier-Stokes方程和连续方程；最后，基于立方定律和求解得到的流场参数，定量不同JRC的3D单裂隙eh。研究结果表明，Forchheimer方程线性系数A和非线性系数B对JRC有着明显的依赖关系，也受到平均开度E的影响；E对于粗糙裂隙中的流体流动影响明显，然而在一定范围内的JRC对流体流动的非线性行为起促进作用；在E相近时，JRC值越大的裂隙模型中，低流速的区域越多；粗糙裂隙中的eh和Re是负指数关系，考虑Re的eh与JRC的定量关系为eh=E2JRC-2.5Re-0.21。研究得到不同Re条件下Re和JRC值的定量关系，促进了区域地质相关的工程设计优化，也可以为工程地质灾害提供理论依据。

• 单位
  安徽华电工程咨询设计有限公司; 国网安徽省电力有限公司; 合肥工业大学