【摘 要】
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地下矿产资源开采等工程经常面临煤层顶板(砂岩层)突水、裂隙渗水等问题,这与流体在砂岩中的渗流特性密切相关。而准确的对砂岩裂隙表面形貌进行定量表征,对于揭示砂岩裂隙渗
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地下矿产资源开采等工程经常面临煤层顶板(砂岩层)突水、裂隙渗水等问题,这与流体在砂岩中的渗流特性密切相关。而准确的对砂岩裂隙表面形貌进行定量表征,对于揭示砂岩裂隙渗流规律具有重要意义。通过对砂岩试件裂隙表面粗糙度及张开宽度进行数学描述,基于理想立方定律,结合砂岩裂隙渗流试验,研究裂隙表面粗糙度及裂隙张开宽度对砂岩渗流特性的影响机制,建立粗糙裂隙渗流模型。结果表明:砂岩裂隙表面粗糙度可用三维分形维数D及三维表面高度偏差Sa表征,裂隙表面粗糙度越大,表面高度偏差Sa越大,三维分形维数D越趋近于3。同一粗糙裂隙,裂隙渗流流量随裂隙张开宽度的增大呈正指数规律增大,并表现出明显的非线性特征;同一裂隙张开宽度,砂岩试件裂隙渗流流量受裂隙表面粗糙度影响,裂隙表面粗糙度与裂隙渗流流量呈负相关关系,低裂隙宽度阶段(50μm～175 μm)裂隙渗流流量差异较小,高裂隙宽度阶段(175μm～300μm)裂隙渗流流量差异较为明显;随着裂隙张开宽度的增加,裂隙表面粗糙度对裂隙渗流流量的影响减小。通过量纲分析法对立方定律进行改进,建立了三维分形维数D修正后的粗糙裂隙渗流模型,与试验所得砂岩裂隙渗流规律对比具有较好的吻合度,模型较为合理。
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