光滑裂隙高流速非达西渗流运动规律的试验研究new

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1、第29卷第7期岩石力学与工程学报Vol.29No.72010年7月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringJuly，2010光滑裂隙高流速非达西渗流运动规律的试验研究1，21，21，21，21，2王媛，顾智刚，倪小东，李冬田，宗国庆(1.河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点试验室，江苏南京210098；2.河海大学土木与交通学院隧道与城市轨道工程研究所，江苏南京210098)摘要：采用光滑平行板模拟岩体裂隙，研制可变裂隙开度、高水力梯度、自循环水流的单裂隙室内渗流模型试验装置。试验研究宽裂隙高水力梯度下的非达西渗流运动规律，建立

2、流速与水力梯度的非线性关系曲线。将试验结果与Lomize紊流公式、速宝玉紊流半经验公式进行对比分析，发现三者在低水力梯度情况下结果较为一致，对于高水力梯度情况会出现较大的差异。最后探讨单裂隙高流速非达西渗流运动特点及判别准则等问题，建立非达西渗流流速与裂隙开度的关系曲线，以便于工程应用。关键词：流体力学；岩体裂隙；模型试验；大开度；高水力梯度；高速非达西流中图分类号：O35文献标识码：A文章编号：1000–6915(2010)07–1404–05EXPERIMENTALSTUDYOFNON-DARCYWATERFLOWTHROUGHASINGLESMOOTHFRACTURE

3、1，21，21，21，21，2WANGYuan，GUZhigang，NIXiaodong，LIDongtian，ZONGGuoqing(1.KeyLaboratoryofMinistryofEducationforGeomechanicsandEmbankmentEngineering，HohaiUniversity，Nanjing，Jiangsu210098，China；2.CollegeofCivilandTransportationEngineering，HohaiUniversity，Nanjing，Jiangsu210098，China)Abstract：Anex

4、perimentalapparatusisdesignedforstudyingthebehaviorofhighvelocitynon-Darcywaterflowthroughasinglefracture.Thefractureisconstructedbytwosmoothparallelplateswithvariableaperturesrangingfrom0.5mmto6mm.Circlewaterflowsystemandhighhydraulicgradientareapplied.Theexperimentiscarriedoutandthebehav

5、iorofnon-Darcywaterflowwithhighvelocityisstudied.Anonlinearrelationbetweenvelocityofwaterflowandhydraulicgradientisfitted.ExperimentalresultsarecomparedwithLomize′sformulaandSu′sformula；anditisfoundthattheyaresimilarwhenhydraulicgradientislow，buttherearebigdifferenceswhenhydraulicgradienti

6、shigh.Finally，thetheoreticalanalysisofnon-Darcywaterflowthroughasinglefractureandtherelatedcriterionarediscussed.Therelationbetweenvelocityandfractureapertureofnon-Darcywaterflowisalsodevelopedinordertoapplyconvenientlyintheengineering.Keywords：seepagemechanics；rockfracture；experiment；larg

7、efractureaperture；highhydraulicgradient；highvelocitynon-Darcyflow高渗压差、高水力梯度引发的高流速渗流问题。尤1引言其对于岩溶裂隙围岩情况，需要根据不同的水动力特征，将其含水空间进行区分，除包含主要起储水、在地下水丰富的深埋隧洞工程中，往往存在着释水作用的遵循达西定律的基质岩块孔隙和微裂收稿日期：2010–03–02；修回日期：2010–05–27基金项目：科技部“十一五”科技支撑计划项目(2006BAB04A06)；新世纪优秀人才支持计划(NCET–