1、 宽大粗糙裂隙高速非达西渗流试验方案 一、问题的提出 在地下水丰富的深埋隧洞工程中，往往存在着高渗压差、高水力梯度引发的高流速渗流问题。尤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、释水作用的遵循达西定律的基质岩块孔隙和微裂隙，主要起导水作用、其水流仍服从达西定律的中宽裂隙空隙外，还包含着起导水作用但其水流规律已不符合线性关系的宽裂隙和岩溶管道，此时如果仍采用传统的达西定律来描述所有空隙空间的水流运动规律，必将带来错误的结果。因此有必要专门研究高水力梯度引起的宽裂隙通道中的高流速渗流问题，探讨其非达西渗流运动规律。 已经有大量学者对单裂隙水流运动规
2、律进行了大量的研究，但大部分 是基于层流假定的基础上，目前关于单裂隙非达西流的研究成果较少，部分学者已开始采用紊流理论进行裂隙非达西流的研究。 G. M. Lomize等依据水力半径比拟由圆管流公式提出了单裂隙紊流范围的计算公式；速宝玉等通过光滑裂隙渗流试验研究，从 Prandtl 紊流半经验理论出发，提出了紊流阶段的半经验公式。由于试验条件所限， G. M. Lomize等在大裂隙开度、高水力梯度范围的试验数据很少速宝玉等进行的最大裂隙开度仅为 2.85mm，水力梯度最高也仅达 0.5。 2010 年，王媛等利用有机玻璃板做了光滑裂隙高速非达西渗流试验，但是没有考虑裂隙粗糙度的影响。 因此，
3、本文在前人的研究基础上，重点开展单裂隙在 粗糙 大裂隙开度、高水力梯度下的高流速非达西渗流运动规律的试验研究。 二、 试验 假设与理论依据 1.实验假设 （ 1）裂隙假设为粗糙裂隙，裂隙粗糙程度采用 N. Barton 和 V. Choubey提出的 10 级 JRC值分级理论， JRC=020； （ 2）试验裂隙采用单裂隙，裂隙宽度只要以宽大裂隙为主； （ 3）试验主要研究高速非达西渗流的运动特点，不考虑围压影响。 2.理论依据 （ 1） 随着压力梯度越来越高 , 渗流速度越来越大 , 流体速度损失不再是粘滞力起主导作用 , 而是惯性力将逐渐取代粘滞力 , 成为流体速度损失的主要原因 , 这
4、时渗流就可以称为高速非达西渗流 , 也就是达西渗流的上限 。 （ 2） 室内试验和开发实践表明：当流体的渗流速度较大时（雷诺数 Re0.1），呈现出高速非达西渗流，达西定律无法准确地描述其渗流规律。 三、 试验 目标 1.科研目标 改进自主设计研制的可变裂隙开度、高水力梯度、自循环水流的单裂隙室内渗流模型试验装置，开展拟岩体裂隙的高速非达西渗流规律研究，获取拟岩体裂隙中流速与水力梯度的非线性关系曲线，最终建立统一的达西 -非达西方程描述拟岩体裂隙中高速非达西渗流运动规律。 2.工作目标 （ 1）测定流速 u与水力梯度 J之间的关系； 四、 试验 对象、方法及手段 1.试验 对象 本次试验的重点
5、是粗糙裂隙试样的制备， 试样的制备根据巴顿提出的 JRC 标准剖面轮廓曲线 ， 将其数字化后 ， 加工 制作出符合 JRC轮廓曲面的 钢模板 薄片， 用水泥浇注出含有不同粗 糙度裂隙的试样 。 目前暂定试件的尺寸为： 125cm 20cm 2.试验设备 试验设备仍然采用自主设计 渗流试验装置， 包括实验主体部分 (裂隙 )、两个缓水箱、增压泵、水槽、储水箱、水管、阀门等 。 3.裂隙控制 4.检测手段（数据统计） （ 1）水头的测量 （ 2） 裂隙开度的测量 蒋宇静 . 岩石裂隙渗流特性试验研究的新进展 .2008 （ 3）流量的测量 最好是直接采用体积法测量，或是测量重量。 （ 4） 温度的测量 用温度计测量空气和水的温度，目的是为了研究温度对实验成果的影响。主要是水的运动粘滞系数和实验器材受温度变化的影响。 五、实验原则 六、实验内容 七、实验过程（实验步骤） 1.准备阶段（起止时间） 具体做法： 2.实施阶段（起止时间） 具体做法： 3.总结阶段（起止时间） 具体做法： 八、保证措施 九、课题组构成
