典型流动形态条件下裂隙岩体渗透特征尺度及其工程应用

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裂隙岩体中存在大量的节理裂隙,使得裂隙岩体表现出不连续、非均匀以及各向异性。随着裂隙尺寸的变化,裂隙岩体的性质会发生变化,即裂隙岩体中存在不同的尺度,它们是裂隙岩体性质发生变化的临界尺度,如连通性阀值、表征单元体(REV)等,它们是裂隙岩体从连通到不连通、性质从离散性到等效连续性的临界尺度。本研究将依托黄岛地下水封石油洞库项目,开展平行流和辐射流两种地下水流动形态下裂隙岩体渗透特征尺度研究,包括裂隙岩体渗透性表征单元体和连通性阀值。具体成果如下:  (1)基于平行流和辐射流REV的确定方法,开展了黄岛油库库区岩体的渗透性REV值及等效渗透系数的研究,得到了辐射流情况REV值为37.5m,为迹长的1.3倍,等效渗透系数为2.70×10-5m/d,根据此等效渗透系数预测得到的渗水量与现场测得的渗水量十分接近;平行流情况下的REV值为115m,为迹长的4.1倍,等效渗透系数为4.24×10-5m/d。  (2)开展了不同裂隙几何参数(包括迹长、间距、断距)的数值模拟,得到了几何参数对裂隙岩体REV值和等效渗透系数的影响规律,REV值随迹长(或间距)的增大而增大,随断距的变化不明显;等效渗透系数随迹长的增大而增大,随间距(或断距)的增大而减小。  (3)开展了不同侧压力系数情况下裂隙岩体渗流的数值模拟,得到了应力水平对裂隙岩体REV值和等效渗透系数的影响规律。随侧压力系数的增大,REV值先减小后增大,渗透系数先增大后减小。  (4)开展了迹长与隙宽相关联情况下的数值模拟,得到了迹长与隙宽相关联情况比不相关联情况REV值要大,不同方向的等效渗透系数的范围更广。对隙宽分布的标准差b进行了分情况讨论,发现随着b的增大,REV值逐渐增大,不同方向的等效渗透系数范围越大。  (5)基于逾渗理论的分析方法,对裂隙岩体的连通性进行了分析,通过不同裂隙密度模型的连通性分析,得到了平行流和辐射流两种情况下的连通性阀值(即逾渗阀值),并分析了裂隙几何参数(包括迹长、倾角等)对连通性阀值的影响。最后,根据现场参数对黄岛油库水幕孔进行了连通分析,通过不同间距的水幕孔之间连通性的数值模拟,得到了水幕孔间距与连通概率的关系曲线以及水幕孔的最小间距,为水幕孔的设计提供了依据。
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