35 / 2024-06-27 16:32:58

隧道围岩节理裂隙变频渗流数值模拟研究

裂隙渗流；数值模拟；循环注水；渗透率；主流域

岩石节理裂隙的渗流特性对探究软弱围岩隧道开挖等诱发地质灾害机理、保障隧道工程的安全具有重要意义，但目前对于裂隙的渗流机理尚不清楚。研究采用COMSOL Mutiphysics数值模拟软件，对岩石节理裂隙进行不同振幅和不同频率下的循环注水数值模拟研究，揭示了循环注水条件下岩石节理裂隙的渗流特性。研究表明，循环注水条件下，流体在裂隙内部的流动形态随入口流量呈周期性变化。注水振幅越高，流动形态受到的扰动就越大，在低流速区域的涡流形态变得更为紊乱。裂隙的渗透率随入口流量呈周期性变化，渗透率-流量随时间的变化呈一条椭圆封闭曲线，当流量从峰值下降到谷值过程中，渗透率反而从谷值8.9×10^-8 m²上升到11.1×10^-8 m²。渗透率的波动幅值随注水频率和振幅的增大而增大，在一定范围内提升注水频率和振幅对裂隙的透水能力有促进作用。此外，本研究提出一种简便有效的流动区域划分方法，该方法可对裂隙的主流域和涡流区进行识别并定量计算，结果表明主流域面积与渗透率有一定相关性，主流域面积的周期性变化滞后于渗透率的变化。