岩石粗糙裂隙渗流逾渗机制

学术精汇

作者：

刘殷彤 1 2 毛灵涛 2 3 程建超1 张辽1 侯孟冬1 毛婷婷1 王帅雄1 刘升贵1 薛东杰*1 2 3 4

作者单位：

1. 中国矿业大学(北京)隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室2. 中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院3. 煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室4. 国家能源集团煤炭开采水资源保护与利用全国重点实验室

摘要：

在单裂隙岩石渗流研究中，经典几何逾渗阈值失效，而启动压力梯度（TPG）作为描述实际流动启动条件的经验参数，无法直接为逾渗阈值的理论求解提供依据，因此亟需定义表征水–力临界行为的“输运逾渗阈值”。针对粗糙裂隙内达西–非达西渗流的拐点判定问题和渗流输运逾渗阈值求解的难题，考虑逾渗阶段的低速–高速裂隙渗流全过程压力梯度与流速演化非连续关系，建立考虑粗糙裂隙迂曲度分形维数和开度分形维数的Bingham流体渗流模型，进而基于单元逾渗模型和扩散方程建立全域渗流逾渗模型，实现了粗糙裂隙全域逾渗数值求解。结果表明：对比Darcy流假设，Forchheimer流假设下的单元逾渗模型，其特有的惯性项能够更精确地揭示粗糙角度与水力开度等几何结构逾渗参数对流体逾渗阶段流动路径的影响。逾渗相变发生时，裂隙出口端流速更符合Forchheimer方程的非线性渗流特征而非Darcy线性假设，该认识为研究低速非达西渗流机制提供了新思路。

关键词：

岩石力学输运逾渗阈值启动压力梯度单元逾渗模型Forchheimer方程渗流跨越速率

刊期：

2026，1（46）

所属栏目：

理论与试验研究

基金资助：

国家科技重大专项(2024ZD1003902),隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室开放基金重点课题(XD2025007)

分类号：

TU 45

DOI：

10.3724/1000-6915.jrme.2025.0438

页数：

页码：

118-143

来源期刊

岩石力学与工程学报

Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering