更全的杂志信息网

粗糙单裂隙高速非达西渗流特性的试验研究

更新时间:2009-03-28

据统计数据[1-4]发现,我国大部分隧洞突涌水事故、岩体边坡失稳、水电工程大坝失事与岩体的渗透性密切相关。因此,研究裂隙岩体的渗流性质对于解决渗流运动引起的重大工程问题具有重要意义。自Snow等[5]提出并验证基于光滑平行板模型的立方定律以来,关于岩石单裂隙渗流特性试验研究方面,国内外学者进行了大量的工作[6-11]。由于开展过的试验裂隙渗流情况与实际条件的差距,对于岩石粗糙裂隙的高速非达西渗流特性还缺乏深入的研究。本文通过开展大量岩石单裂隙高水力梯度、大裂隙开度、不同节理粗糙度的高速非达西渗流特性的室内试验,并采用Forchheimer方程进行二次项拟合分析,对描述裂隙内高速非达西流运动特性的重要参数—非达西影响系数进行深入的分析讨论,得到了非达西影响系数关于裂隙隙宽和节理粗糙度系数之间的经验关系式,进而在实际工程中,可以方便、快捷、准确地计算预测深埋隧洞建设过程中的突涌水量,为灾害预防提供科学依据。

通过对4种激励幅值条件下的柴油油样分别进行3次试验得到柴油凝点值,将其平均值与标准方法检测值进行求差,从而判断不同幅值条件的影响。表3是不同激励幅值条件下的柴油凝点检测结果。

(4) 首字母缩略:CAD--computer aided design计算机辅助设计;CIM--computer-integrated manufacturing计算机集成制造;FMS--flexible manufacturing system 柔性制造系统。

1 粗糙单裂隙渗流试验

1.1 粗糙单裂隙试验试件研制

基于学者们[12-13]进行的试验研究发现,岩石表面粗糙度对岩体裂隙渗流影响较大,不能忽略;简单的规则形状起伏面和随机压裂面模拟裂隙面与实际岩石裂隙面差距较大,不能完全代表岩体裂隙结构面。因此,本文根据N. Barton和V. Choubey[14]提出的JRC标准剖面轮廓曲线,采用直径10.36 cm,总长度为35 cm的圆柱形水泥模型试件,其中有效粗糙裂隙部分的宽度为8 cm,长度为30 cm,其人工制备过程如下:

(1)运用AutoCAD软件将Barton提出的JRC标准轮廓曲线图数字化,每条曲线的水平方向长度为10 cm,再利用CAD软件三维建模功能,构建满足试验需求的三维裂隙板。为满足试验槽道的长宽比等试验要求,将JRC轮廓曲线等比例复制延长两倍,即达到30 cm长度,同时在粗糙裂隙两侧各增加15mm光滑垫层,并在裂隙板的进水口和出水口位置各增加25 mm光滑平板水流过渡区。设计得到的三维模型如图1(以JRC=16~18为例)所示。

[1]何 峰,王来贵,王振伟,等.煤岩蠕变-渗流耦合规律实验研究[J].煤炭学报,2011(6):930-933.

(3)本文利用上述裂隙板和PVC管制作圆柱形水泥试件的浇筑模具,将外径10 mm,壁厚3.2 mm的PVC管对半剖开,夹入粗糙裂隙板,并在其上部、中部和下部用三个管夹夹紧固定;并在其上部、中部和下部预埋用于引流的铜管,为后面安装测水压力传感器做准备;模具下部用管盖拧紧封死,制成整个试件的浇筑模具。

(4)试验试件浇筑采用的水泥为普通硅酸盐水泥42.5型,水泥与细砂之比为1:2.5,水灰比为28%,高效减水剂添加量为1.1%。浇筑一周后拆模,在养护箱里养护28 d至水泥强度达到70%以上。

(3)严格目标公开。通过加大预算绩效目标公开力度,强化各部门“花钱问效”的责任意识,督促各部门提高预算绩效目标编制的科学性、规范性。

1.2 试验装置及试验方法

为了进行大梯度、大裂隙条件下的渗流试验,采用增压泵来提供高压水头,同时在裂隙进水口前安装封闭式缓水箱,裂隙试验段内水压能迅速稳定,水泵中的水经缓水箱进入裂隙时也能够更稳定。此外,在裂隙试件的上中下游分别预埋铜管,分别安装压力变送器,进行水压的测量,同时采用直角三角堰测流量方法进行流量的测量。具体试验过程如下:

  

图1 CAD建立的裂隙板三维模型(JRC=16~18)Fig.1 3D model of fracture plate established by CAD(JRC=16~18)

  

图2 试验装置示意图Fig.2 Schematic diagram of test device

改进王媛等[6]采用的高水压、循环水流的试验装置如图2,主要包括试验测试主体部分(粗糙裂隙)、增压泵、上游缓水箱、进出水端帽、测流量水槽、储水箱、水管、阀门等。

(1)提前准备好标准厚度的橡胶垫片,在裂隙试件两侧平槽和橡胶垫片上分别涂抹一层薄薄的玻璃胶,以达到较好的密封效果。将橡胶垫片安放在试件两侧平槽中,合上水泥试件的上下面,以形成相应要求的裂隙开度,然后用管夹将上下试件固定,并用螺栓拧紧以防漏水和水压破坏。再次用游标卡尺对裂隙宽度进行多点测量取平均值,并记录下来作为最终的裂隙宽度。将试件装入进水口端帽中,盖上出水口端帽,穿入四根长螺杆进行固定,前后用螺帽拧紧固定。

[2]张立海,张业成.中国煤矿突水灾害特点与发生条件[J].中国矿业,2008,17(2):44-46.

(3)密封性满足要求后将调压阀门从小到大进行调节,待上游数显计指数发生变化时,等待一段时间,等三角堰上游水位稳定再读取水位测针读数,并记录水压传感器上中下游读数和测针读数,完成一组试验数据的测量后,卸下水泥裂隙试件,进行下一试件的试验数据的测量。

(4)重复(1)-(3)的操作,直至完成所有裂隙试件的测量为止。

2 试验结果及分析

2.1 低流速达西渗流

为了验证试验设备及测量系统的准确性,本文先进行了低流速层流条件下裂隙渗流试验。因为在裂隙内水流流速较低时,渗流试验的压力条件和渗流速度都较低,所以采用测压管进行精确测量,同时用三角堰无法准确测得流量,换用量筒进行流量测量,时间用秒表读取。

一是打造“生活精致的田园新城”。吸收田园城市理论的有益成果,置身扬子江城市群、江淮生态经济区大格局中,统筹空间布局、土地布局、产业布局等,严格控制生态红线、城市边界线、耕地保护线,推动城市精明增长。以融入长三角经济带为导向,加速启扬高速姜堰东互通等节点建设,畅通328国道、红旗大道等泰姜融合通道,优化城乡道路“微循环”,构建通江达海的交通路网体系。巩固国家生态文明建设示范区创建成效,持续打好蓝天、碧水、净土保卫战,完善污水管网等基础设施,推动区域生态环境质量持续改善。深化文明城市创建,构建常态化长效化机制,有效消除行车堵、停车难等民生问题,让群众有更多的获得感、幸福感。

图3列出了裂隙宽度b=3 mm时JRC=0~2和JRC=16~18两种粗糙裂隙低速渗流试验的结果,对比发现,在水力梯度较小的条件,试验测得的流量与水力梯度之间关系与立方定律计算结果十分贴近,说明在裂隙内水流流速较小时,水流运动符合线性达西定律,此时的流态为层流阶段。再次证明了低流速层流流态下,立方定律适用于粗糙裂隙渗流计算,由此也证明了本文粗糙裂隙渗流试验装置设计是合理的,试验方法和测量方式正确可靠。

社区糖尿病患者在自行注射胰岛素的知识存在很多误区,注射行为普遍不规范。因此,社区医院应该积极承担起糖尿病管理的义务,普及糖尿病、胰岛素注射相关知识及技能。规范培训糖尿病专科护士,提高护士群体对血糖控制及胰岛素注射方面的认知。根据社区患者的特点,分层次、分阶段地实施教育与教育后管理,以提高胰岛素治疗的最终效果。

2.2 高速非达西渗流

进行了不同裂隙开度、不同JRC粗糙程度、不同水力梯度下的多组粗糙单裂隙模型试验。裂隙开度最小为1 mm,最大开度为8 mm,裂隙粗糙程度JRC从0到18。试验水温基本恒定,水的动力黏滞系数μ= 1.0×10-3 Pa·s,运动黏滞系数 υ=1.0×10-6 m2/s。

可设U′=U+R-1STX,Q′=Q-SR-1ST。则可将上式转化为一般的二次型性能指标函数,且此时原线性系统表示为:

限于篇幅,图4仅给出不同节理粗糙度裂隙在隙宽b=3 mm时水流水力梯度与流速之间的关系曲线,为便于比较,将立方定律计算值和王媛光滑裂隙试验值同样绘制于图中。

通过图4可以看出,试验成果与立方定律理论计算结果存在较大的偏差,说明通过粗糙裂隙的水流不满足线性立方定律,此时水流流态属于高速非达西流。从试验成果与王媛光滑平行板裂隙试验值同样存在较大的偏差可以看出,裂隙粗糙程度对高速非达西流有较大影响。从曲线递变趋势来看,J-v曲线关系呈现出某种曲线函数形式,对比不同JRC值时裂隙的渗流试验结果发现:同隙宽、同流速条件下,水力梯度随JRC值增大而增大;且随着JRC值的增大,试验关系曲线偏离达西定律程度越大。

[例4]Their life together becomes full of phrases,and symbols.“Mrs.Brown means his patients and her women who ask for help.”“Your literary lunches,”is his phrase for her infidelities,used sometimes humorously,sometimes seriously.(1972:195)

试验获得的不同隙宽的裂隙在节理粗糙度JRC=8~10时水流水力梯度与流速之间的关系曲线如图5所示,试验结果发现:同JRC值、同流速的条件下,水力梯度随b的增大而减小;且随着b的增大,试验关系曲线偏离达西定律的程度减小。

综上所述,裂隙粗糙程度和隙宽对裂隙非达西渗流运动具有重要影响作用。根据试验获得的结果,粗糙裂隙内水流在高水压条件下与线性立方定律偏差较大,渗流情况较复杂,为了更好地进一步研究高流速条件下粗糙裂隙渗流情况,采用Forchheimer方程对试验数据进行相关分析,Forchheimer方程可表示为

 

式中,J为通过粗糙裂隙水流的水力梯度,v为测得的渗流速度;A、B为拟合系数,与水流性质相关。因为拟合曲线趋势大致相同,表1仅给出b=3 mm隙宽条件下不同粗糙度系数裂隙的拟合结果,具体拟合曲线见图5。

11月28日,华谊集团“百年传承创新时代——庆祝改革开放40年、上海华谊化工发展60年”大型座谈会在上海国际会议中心隆重召开。

  

图3 粗糙裂隙低速渗流试验结果Fig.3 Low velocity seepage test results of rough fracture

  

图4 不同JRC裂隙渗流试验J-v关系曲线Fig.4 J-v curve of seepage test with different JRC

  

图5 不同隙宽渗流试验J-v关系曲线Fig.5 J-v curve of seepage test with different width

拟合结果表明,不同隙宽条件下粗糙裂隙渗流水力梯度与流速的拟合相关系数R2均大于0.9,说明试验得到的结果通过Forchheimer方程拟合得到了较好的相关性,验证了Forchheimer方程用于描述计算粗糙单裂隙高速非达西渗流运动规律的可行性。

为进一步分析裂隙粗糙度和裂隙宽度对渗流运动的影响,将汇总得到的Forchheimer方程一次项系数A和二次项系数B分别绘制关于JRC值关系曲线,如图6、图7所示。根据曲线变化趋势可以看出:在相同隙宽下,一次项系数A关于JRC不呈严格递增关系,说明裂隙壁面的粘滞效应在减弱;所有隙宽裂隙运动方程二次项系数B关于JRC均呈严格递增趋势,说明水流惯性力一直在增大。在相同粗糙程度下,除去个别数据,拟合方程的一次项系数A和二次项系数B均随着隙宽增大呈递减趋势。

一是落实河湖长制专项经费。河湖长制工作以属地为主,经费纳入各级财政预算。按照资金使用方向,省相关部门应通过整合资金、调整支出结构,加大河湖管理与保护投入,设立河湖长制资金专项账户或建立集中统一账户,专门用于河湖水资源管理、水污染防治、水环境整治、水生态修复和水域岸线管控,为河湖长制推行提供财力保障。特别是应研究建立河湖生态补偿资金和生态处罚机制,用市场办法、经济手段促进河湖生态治理管护。

2.3 非达西影响系数

根据Forchheimer公式的物理意义,其二次项式描述了流体流动偏离线性定律的程度,因此拟合得到的Forchheimer的二次项系数B对分析高流速条件下非达西流偏离线性流程度有重要的研究作用。由B=β/g得到高速非达西流体的非达西影响系数β,其中B为拟合得到的Forchheimer的二次项系数,g为重力加速度。

截至目前,有关不正当竞争的最重要的条约规定是《巴黎公约》第10条之二,该条规定了不正当竞争行为的定义和3种典型的不正当竞争行为,即混淆、商业诋毁和虚假宣传(误导)。本文将首先评析我国法院在新型竞争案件中面临的法律适用挑战与探索努力,然后在比较法层面考察各国反不正当法适用中的共性难题,随后指出相关条约中的反不正当竞争规则的现实重要性,最后再评估条约中的相关规则适用于新型不正当竞争行为的可能性,并在此基础上指出知识产权条约对完善我国反不正当竞争法制的意义。

将计算得到的不同粗糙度系数的非达西影响系数值绘制于图8中,根据图中曲线变化趋势可以看出:在同一隙宽条件下,随着节理粗糙度系数的增大,粗糙裂隙的非达西影响系数成递增趋势,在同一节理粗糙度系数裂隙中,非达西影响系数的大小随着隙宽增大而减小。说明在粗糙岩体裂隙中,在高速渗流条件下的非达西程度的强弱大致与裂隙隙宽大小成反比,与节理粗糙度系数成正比关系。

由上述分析结果看出,对于同一粗糙程度的裂隙试件,其非达西影响系数随着隙宽的增大而减小,本文推断粗糙裂隙的非达西系数与隙宽大小存在着反比例关系,将图9不同节理粗糙度裂隙内二者关系曲线进行拟合分析,拟合关系式采用其中,y代表裂隙的非达西影响系数β,x为裂隙隙宽b,拟合结果汇总于表2中。

 
  

图6 一次项系数A关于JRC变化关系Fig.6 The changing relationship between A and JRC

  

图7 二次项系数B关于JRC变化关系Fig.7 The changing relationship between B and JRC

 

表1 水力梯度与速度Forchheimer拟合结果(b=3 mm)Tab.1 Fitting results of hydraulic gradient and velocity by Forchheimer equation (b=3 mm)

  

JRC=0~2 JRC=4~6 JRC=8~10 JRC=12~14 JRC=16~18 b=3 mm A/(s·m-1) 2.038 4 2.178 7 3.000 8 4.887 2 5.222 6 B/(s2·m-2) 0.182 2 0.487 9 1.120 6 1.178 8 1.376 8 R2 0.996 8 0.997 6 0.996 5 0.997 6 0.994 0

由表2可知,随着节理粗糙度的增大,系数C的值也在增大,将C与节理粗糙度系数JRC之间关系绘于图9中,观察发现二者之间关系较符合线性关系,因此采用线性关系式进行拟合,拟合关系式为

综上所述,在糖尿病肾病患者血液透析的过程中,低血压的反复出现会给患者的心、脑等组织带来严重影响,因此在血液透析的过程中,合理的透析方式是至关重要的,同时在透析的过程中还应密切观察患者生命体征的变化,从多方面进行干预,直到患者的血压恢复正常,必要时可在透析过程中进行降压药物处理,通过多个角度对患者进行有效的护理措施,切实保障患者的透析效果以及身体健康。

 

式中,m为线性拟合系数。

拟合得到的相关系数为0.864 5,得到的线性系数m=0.003 6。联合式(2)和式(3),则可以得到关于非达西影响系数与隙宽b、节理粗糙度系数JRC之间的经验关系式为

 
 

表2 不同节理粗糙度下拟合得到非达西数与隙宽关系式Tab.2 Fitting relationship between β and b with different JRC

  

节理粗糙度 非达西影响系数关系式 相关系数JRC=0~2 β =0.013 77/b 0.906 07 JRC=4~6 β =0.016 96/b 0.983 24 JRC=8~10 β =0.040 98/b 0.921 19 JRC=12~14 β =0.045 37/b 0.944 21 JRC=16~18 β =0.057 55/b 0.930 64

  

图8 不同节理粗糙度系数非达西影响系数与隙宽关系曲线Fig.8 Relationship curves between β and b

  

图9 β b与JRC拟合关系曲线Fig.9 Fitting relation curve between β b and JRC

式中,β为非达西影响系数,JRC为裂隙面节理粗糙度系数,b为裂隙隙宽大小。

根据式(4)可以看出,随着节理粗糙度的增大,非达西影响系数成正比例增强,随着裂隙隙宽的增大,非达西影响系数成反比减小,所以节理粗糙度系数与隙宽的比值JRC/b可以作为衡量粗糙裂隙水流高速非达西特性的重要参数。

3 结论

1)在流速较低情况下,裂隙内的水流为层流状态时,粗糙裂隙渗流满足线性达西定律,用立方定律进行粗糙裂隙渗流量计算是完全适用的;在渗流速度较高情况下,裂隙内水流水力梯度与渗流速度之间关系与立方定律计算结果偏差较大,且粗糙程度越大、隙宽越小时偏离程度越大。

2)二次项方程Forchheimer用于描述粗糙裂隙水流拟合良好;裂隙面粗糙程度的增大,同时使裂隙水流的壁面粘滞特性和非达西运动特性增大,裂隙隙宽的增大,使裂隙壁面对水流的粘滞特性和水流非达西运动特性均减弱,且对粘滞特性的减弱作用更明显,削弱了壁面粗糙程度对裂隙水流的影响。

参考文献:

3)分析得非达西影响系数关于隙宽、节理粗糙度系数之间的半经验关系式,从而可以定量地描述岩体粗糙裂隙的结构面粗糙程度和裂隙隙宽大小对高速渗流的非达西影响情况。

(2)传统的铣切割技术制作试件费用代价太高,并且切割工艺十分复杂,难以制备满足试验要求的粗糙板。因此,将建立的三维CAD模型转化成3D打印软件可以读取的标准STL文件格式,采用3D打印技术分段打印获得不同粗糙度系数的裂隙板。

(2)连接进水水管和出水管,再次检查各管夹和螺栓是否固定紧,打开水泵电源开关,用调压阀门从小到大调节水泵流量,打开缓水箱排气阀排出缓水箱内空气,先验证试验装置的密封性是否满足要求,若不满足则用快干密封胶进行补救措施。

[3]周心权,陈国新.煤矿重大瓦斯爆炸事故致因的概率分析及启示[J].煤炭学报,2008,33(1):42-46.

1840年鸦片战争爆发后,中国社会进入半殖民地半封建社会,清朝内部的各种矛盾激化,人民群众反清斗争以太平天国运动为开端席卷全国。同治元年(1862)发生了陕甘回民起事,处在清朝西北边疆的新疆各地也发生了反对清朝繁重赋役的农民起事。

[4]何满潮.深部岩体力学基础[M].北京:科学出版社,2010.

[5] SNOW D T.A Parallel Plate Model of Fractured Permeable[D]. Media,Ph. D. Thesis,Univ. Calif.Berkeley,1965.

[6]王 媛,顾智刚,倪小东,等.光滑裂隙高流速非达西渗流运动规律的试验研究[J].岩石力学与工程学报,2010,29(7):1404-1408.

[7]贺玉龙,陶玉敬,杨立中.不同节理粗糙度系数单裂隙渗流特性试验研究[C] //第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集,2010:3235-3240.

[8]鞠 杨,张钦刚,杨永明,等.岩体粗糙单裂隙流体渗流机制的实验研究[J].中国科学:技术科学,2013(10):1144-1154.

[9]刘 杰,于振民,王瑞红,等.砂岩劈裂裂隙无充填多因素影响下渗流规律研究[J].水利学报,2016,47(1):54-63.

[10]胡少华,周佳庆,陈益峰,等.岩石粗糙裂隙非线性渗流特性试验研究[J].地下空间与工程学报,2017,13(1):48-56.

[11]孙可明,辛利伟,翟 诚,等. 考虑三维形貌特征粗糙裂隙加卸载渗流规律研究[J].岩土力学,2016(Z2):161-166.

[12]杨金保,冯夏庭,潘鹏志.考虑应力历史的岩石单裂隙渗流特性试验研究[J].岩土力学,2013,34(6):1629-1635.

AO锁骨钩钢板复位术(钩板组):入路同Tight-Rope组,将锁骨钩钢板钩端插入肩峰下,将体部紧靠锁骨远端,拧入螺丝钉。将喙锁韧带、肩锁韧带及关节囊仔细修复,逐层缝合。

[13]尹立明,王 刚,孙文斌,等.节理粗糙度对应力-渗流耦合特性影响试验研究[J].山东科技大学学报,2012,31(6):30-35.

[14]BARTON N,CHOUBEY V. The shear strength of rock joints in theory and practice[J]. Rock Mechanics,1977,10(1-2):1-54.

 
张烨,尹学谦,陈珂
《河北工程大学学报(自然科学版)》2018年第01期文献

服务严谨可靠 7×14小时在线支持 支持宝特邀商家 不满意退款

本站非杂志社官网,上千家国家级期刊、省级期刊、北大核心、南大核心、专业的职称论文发表网站。
职称论文发表、杂志论文发表、期刊征稿、期刊投稿,论文发表指导正规机构。是您首选最可靠,最快速的期刊论文发表网站。
免责声明:本网站部分资源、信息来源于网络,完全免费共享,仅供学习和研究使用,版权和著作权归原作者所有
如有不愿意被转载的情况,请通知我们删除已转载的信息 粤ICP备2023046998号