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现代隧道技术 2024, Vol. 61 Issue (5) :146-155    DOI:
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隧道围岩节理裂隙变频渗流数值模拟研究
(1.珠海市规划设计研究院,珠海 519000;2.广东省滨海地区防灾减灾工程技术研究中心,珠海 519000; 3. 珠海大横琴股份有限公司,珠海 519000;4.中铁十八局集团有限公司,天津 120000; 5.中山大学土木工程学院,珠海 519082)
Numerical Simulation of Variable Frequency Seepage Flow in Tunnel Surrounding Rock Joint Fractures
(1. Zhuhai Institute of Urban Planning & Design, Zhuhai 519000; 2. Guangdong Coastal Area Disaster Prevention and Mitigation Engineering Technology Research Center,Zhuhai 519000; 3. Zhuhai Da Heng Qin Company Limited, Zhuhai 519000; 4. China Railway 18th Bureau Group Co., Ltd, Tianjin 120000; 5. School of Civil Engineering, Sun Yat-Sen University, Zhuhai 519082)
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摘要  岩石节理裂隙渗流特性对探究隧道开挖诱发地质灾害的机理具有重要意义,采用COMSOL数值模拟软件,对岩石节理裂隙进行不同振幅和不同频率下的循环注水模拟研究。结果表明:循环注水条件下,流体在裂隙内部的流动形态随入口流量呈周期性变化;注水振幅越高,流体在低流速区域的涡流形态变得更为紊乱;裂隙的渗透率随入口流量呈周期性变化,当注水流量从峰值下降到谷值过程中,渗透率从谷值8.9×10-8m2上升到11.1×10-8m2;渗透率的波动幅值随注水频率和振幅的增大而增大。此外提出一种简便有效的流动区域划分方法,该方法可对裂隙的主流域和涡流区进行识别并定量计算。
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李 栋1 周 岳2 王 峰3 李伟鹏4 叶皆显5 曹 雄1 白振超5 党文刚5
关键词裂隙渗流   数值模拟   循环注水   渗透率   主流域     
Abstract: The seepage characteristics of rock joints and fractures are of significant importance for exploring the mechanisms of geological disasters induced by tunnel excavation. This study employs COMSOL numerical simula? tion software to investigate the cyclic water injection in rock joint fractures under varying amplitudes and frequencies. The results indicate that under cyclic water injection conditions, the flow pattern of the fluid within the fractures exhibits periodic changes with the inlet flow rate. Higher water injection amplitudes lead to more chaotic vortex patterns in low flow velocity regions. The permeability of the fractures also changes periodically with the inlet flow rate; specifically, when the injection flow rate decreases from its peak to its trough, the permeability increases from a trough value of 8.9×10?? m2 to 11.1×10?? m2. Moreover, the amplitude of permeability fluctuations increases with the rise in injection frequency and amplitude. Additionally, a simple and effective method for delineating flow regions is proposed, which allows for the identification and quantitative calculation of the main flow domain and vortex regions in the fractures.
KeywordsFractured seepage flow,   Numerical simulation,   Circulating injection,   Permeability,   Main stream zone     
基金资助:国家自然科学基金青年基金(51904359);广东省自然科学基金面上项目(2020A151501528);广东省住房和城乡建设厅科技创新计 划项目(2022-K4-065552).
作者简介: 李 栋(1986-),男,博士,教授级高级工程师,主要从事隧道工程方面的研究工作,E-mail: lidongcqu@163.com. 通讯作者:白振超(1997-),男,硕士,主要从事岩石节理裂隙剪切渗流方面的研究工作,E-mail:baizhch3@mail2.sysu.edu.cn.
引用本文:   
李 栋1 周 岳2 王 峰3 李伟鹏4 叶皆显5 曹 雄1 白振超5 党文刚5 .隧道围岩节理裂隙变频渗流数值模拟研究[J]  现代隧道技术, 2024,V61(5): 146-155
LI Dong1 ZHOU Yue2 WANG Feng3 LI Weipeng4 YE Jiexian5 CAO Xiong1 BAI Zhenchao5 .Numerical Simulation of Variable Frequency Seepage Flow in Tunnel Surrounding Rock Joint Fractures[J]  MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY, 2024,V61(5): 146-155
链接本文:  
http://www.xdsdjs.com/CN/      或     http://www.xdsdjs.com/CN/Y2024/V61/I5/146
 
没有本文参考文献
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