本文针对目前地下工程出现的突水涌水等地质灾害及裂隙渗流研究方面的不足,利用自主研发的可视化试验装置,应用颜色示踪和气泡示踪技术,开展砂岩裂隙渗流路径可视化时空演化规律研究,通过采用图像不同灰度面积处理技术、裂隙渗流水平投影面积分析方法,进行图像分区并得到渗流水平投影面积、有效流径、过流断面宽度等参数,首次从可视化的角度得出砂岩空间展布单裂隙有效流径时空演化规律,其具体研究成果如下:1)岩石裂隙可视化渗流试验装置合理性论证自主研发一套能从可视化角度反映岩石单裂隙渗流特征的装置,并以模拟岩石的变形性能为主要技术指标,采用K39透明树脂代替原岩开展可视化渗流试验,并与原岩渗流试验相比较,得到原岩裂隙渗流试验和可视化渗流试验差异性系数,为精确获取岩石渗流特征的相关参数提供基础。2)不同填充及加载路径下可视化渗流特性研究(1)改进可视化试验装置,以此开展裂隙填充砂试验:发现大水头颗粒冲出效应和大水头颗粒挤密效应,阐述两效应的评价方法,并解释裂隙渗流出砂量出现先增大后减小的原因,最终得出在不同法向应力与渗透压耦合作用下,岩石裂隙最大开度的获取方法。(2)开展气泡填充试验,并配以高清摄影技术手段,首次提出了一种利用气泡示踪精确获得岩石裂隙开度的方法。3)空间垂直角度渗流速度时空分布规律研究以可视化试验装置为基础,开展空间垂直角度渗流试验,得出不同法向应力、渗透压的岩石裂隙渗流过流通道水平面的投影面积扩散规律;基于流经可视化岩样的渗流量恒等建立裂隙渗流速度的公式,并利用岩石裂隙渗流速度已知,得出多因素(渗透压、法向应力、距入水口的距离)影响下的雷诺数关系式,确定了岩石裂隙水的流动状态。4)空间垂直角度下各断面机械能规律研究(1)基于伯努利方程,并考虑了岩石裂隙过流断面宽度,得出岩石裂隙渗流微小流束的能量方程的表达式,并推导得出得出多因素(渗透压、法向应力、距入水口的距离)影响下的机械能关系式。(2)建立了不同法向应力、渗透压条件下的水力梯度表达式,得出裂隙水的水力梯度随着距入水口距离的增大逐渐减小,随着渗透压的增大而增大。5)空间垂直角度下注浆机理研究(1)开展空间垂直角度下裂隙注浆试验,得出不同法向应力、渗透压的浆液水平投影扩散面积规律,并与前期试验的渗流水平投影扩散面积规律相比较,得出了两者间扩散面积的差异性表达式。(2)基于现有注浆防渗堵漏问题结合本文研究成果,针对地下工程中发生突水涌水趋势的工程和已发生突水涌水的工程,提出了两种封堵措施,为工程中的防渗堵漏提供了基础。