毕业论文——单裂隙高速非达西渗流特征及参数研究

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1、硕士学位论文单裂隙高速非达西渗流特征及参数研究指导教师姓名：申请学位级别：工学硕士学科领域：防灾减灾工程及防护工程论文提交日期：XXX年X月论文答辩日期：XXXXXXX学位授予单位和日期：河海大学20XX年X月X日答辩委员会主席：XXXXX论文评阅人：XXXX、XXXXX20XX年X月中国南京摘要摘要随着我国水利、矿山、石油、核废料储存等事业的发展，地下空间的开发与利用过程中常常遇到裂隙岩体这类复杂介质，其渗透特性研究成为当前岩体力学研究领域的热点之一，在传统的研究中，仍然采用基于达西定律的方法。然而理论研究及实践工程表明，裂隙中

2、的渗流往往不再遵循线性的达西定律，故本文开展了高速非达西渗流的研究，并基于纳维斯托克斯方程采用有限体积法对单裂隙中的水流进行数值模拟，探讨了单裂隙中非达西渗流的非线性参数及特征，主要工作如下：1）系统总结了非达西渗流的研究成果，探讨了非线性机理和达西渗流与非达西渗流的判别准则，将描述高速非达西渗流的两类运动方程进行对比，结果表明Forchheimer方程优于指数方程；利用有限元软件实现了二维非达西渗流的模拟，通过对比分析达西渗流与非达西渗流，得出两者的计算结果随着水力梯度的增高相差越来越大，揭示了非达西渗流研究的必要性；2）建立了

3、与室内实验对应的光滑裂隙模型，利用流体数值分析软件模拟了光滑裂隙中的高速非达西渗流，通过数值模拟与室内实验的对比，证实了Fluent软件模拟单裂隙中高速非达西流的可靠性；在数值模拟结果的基础上，提出用量纲分析的方法来研究非达西影响系数，得到了光滑裂隙中的非达西影响系数与隙宽之间的关系式；3）根据粗糙裂隙渗流的影响因素建立了粗糙裂隙模型，从而开展了粗糙裂隙中的高速非达西渗流研究，结果表明可以用Forchheimer方程来描述此间的水流运动；对比分析不同粗糙裂隙模型，得到粗糙裂隙的非线性程度取决于粗糙度的形状和凸起度，与间隙比无关；4

4、）揭示了单裂隙中非线性渗流的根本原因是有效渗透率的降低，围绕非达西效应研究了单裂隙中非达西渗流的非线性特征，提出了用非达西效应来作为非线性的临界值。关键词：裂隙渗流、高速非达西渗流、有效渗透率、非达西效应、非达西影响系数、Forchheimer数。I河海大学硕士学位论文IIABSTRACTABSTRACTWiththedevelopmentofChina'swaterconservancy,mine,petroleum,nuclearwastestoragebusiness,complicatedfracturedrockmass

5、isoftenencounteredinundergroundspacedevelopmentandutilization.Thepermeabilitystudyoffracturesbecomeahottopicinrockmassmechanicsresearchfield.Inthetraditionalresearch,themethodisstillbasedonDarcy'slaw.However,theoreticalresearchandpracticalengineeringshowthatseepageint

6、hefracturesisbeyondlineardarcyflow.Asaresult,thispapercarriedouttheresearchofhighspeednon-darcyflow,andthehighspeedflowinasinglefractureissimulatedbasedontheNavierStokesequationsusingthefinitevolumemethod.Finally,thenonlinearparametersandcharacteristicsofnon-darcyseep

7、ageinasinglefracturearediscussed.Themainworkisasfollows:1）First,theresearchofnon-darcyflowwassystermaticallysummarizedandthecriterionandmechanismofnon-darcyflowwerediscuessed.Thetwotypesofmotionequationsofnon-darcyseepagewerestudied,andtheForchheimerequationwasprovedt

8、obebetterthantheexponentialequation.Thenthetwo-dimensionalnon-darcyseepagewassimulatedandthedifferencebetweentwoisgettingbig