随着我国穿越富水地层隧道、洞室等工程的不断建设,地面塌陷以及突涌水事故频频发生。而造成上述事故的首要原因在于地下水在岩体中断层和裂隙内的渗流。目前,注浆封堵是治理岩体工程突涌水事故的有效手段之一,其主要原理是通过注入浆液驱替岩石裂隙中原有裂隙水并凝固以达到封堵效果。因此,研究浆液在含水裂隙内的驱替机理对于提高注浆加固效果,防治地下水渗流引发的灾害具有重要的理论价值和现实意义。为了深入研究浆液在裂隙中对既有地下水的驱替特性,本文综合采用试验研究和数值模拟的方法开展研究。首先结合3D打印技术以及Particle Image Velocimetry（PIV）粒子图像测速技术,建立了一套裂隙渗流可视化试验系统,研究平板模型及粗糙裂隙内非牛顿流体渗流机理;其次借助计算软件COMSOL Multiphysics开展数值模拟并对试验结果进行验证;最后,研究裂隙粗糙度对两相流驱替过程的影响,为优化工程注浆参数提供参考。本文主要工作及成果如下:（1）三维裂隙渗流的可视化试验系统研发。结合3D打印技术、CT扫描技术以及PIV粒子图像测速技术,建立了一套三维裂隙渗流的可视化试验系统,实现对流体运动全过程以及瞬时信息的捕捉。（2）平行平板模型及粗糙裂隙中的流体渗流机理研究。根据三维裂隙渗流的可视化试验系统,首先分析了平行平板模型内流体渗流过程,进而研究粗糙裂隙流体过程中的速度场与相场的分布特征。研究发现,在平行平板模型中,流体没有出现黏性指进现象;流体的流动分布受裂隙结构的影响较大,流体流速与流体自身性质是影响裂隙空腔内流体流动的主要因素。（3）裂隙岩体两相流驱替机理数值模拟研究。通过数值分析软件COMSOL Multiphysics进行试验模型验证,研究速度、流体自身性质以及粗糙度对两相流驱替的影响,研究发现入口流量与注浆速度成正比,存在临界黏度,使得注浆达到最优效果;数值模拟结果与试验结果吻合良好。（4）粗糙度对两相流驱替过程影响的数值模拟研究。研究粗糙度对裂隙内渗流特性的影响,发现流场分布随着裂隙粗糙度增大变复杂;在渗流优势通道附近易产生涡流现象,粗糙度系数越大,涡流场越不规则;通过分析压差与JRC、RSD之间的关系,定量评价了粗糙度对三维裂隙内非牛顿流体渗流的影响。