922 工程科学学报，第43卷.第7期 表5法向压力恒定不同水力压力下渗透系数的变化量 Table5 Permeability change under different hydraulic pressures and constant normal pressure Normal pressure, Hydraulic pressure, Permeability change. Normal pressure, Hydraulic pressure, Permeability change, F/MPa P/MPa KAm's) F/MPa P/MPa KAm-s) 0.04 8.41 0.04 3.61 0.09 8.87 0.09 3.33 0.14 9.67 0.14 4.53 0.25 0.75 0.19 10.37 0.19 6.56 0.24 1529 0.24 9.37 0.29 20.59 0.29 13.88 0.04 6.37 0.04 3.75 0.09 6.72 0.09 4.17 0.14 7.18 0.14 4.53 0.50 1.00 0.19 9.14 0.19 5.12 0.24 10.66 0.24 8.53 0.29 16.87 0.29 12.12 表6不同粗糙度裂隙渗流宽度的变化情况 Table 6 Variation of apertures of fractures with different roughnesses Normal Hydraulic Change value in fracture aperture with different Normal Hydraulic Change value in fracture aperture with different pressure, pressure, JCR,e/mm pressure, pressure, JCR,e/mm F/MPa P/MPa 10.812.8 14.5 16.718.7 F/MPa P/MPa 10.8 12.814.5 16.7 18.7 0.04 0.06 0.05 0.04 0.05 0.04 0.04 0.03 0.03 0.02 0.02 0.02 0.09 0.06 0.05 0.05 0.05 0.04 0.09 0.03 0.03 0.02 0.02 0.02 0.14 0.07 0.06 0.06 0.05 0.04 0.14 0.03 0.04 0.03 0.02 0.02 0.25 1.00 0.19 0.07 0.06 0.06 0.05 0.04 0.19 0.04 0.04 0.03 0.03 0.02 0.24 0.08 0.07 0.0.6 0.06 0.05 0.24 0.04 0.04 0.04 0.03 0.03 0.29 0.08 0.08 0.07 0.06 0.06 0.29 0.04 0.04 0.04 0.03 0.03 量得到的裂隙宽度的变化情况，当法向压力恒定 拟合曲线如图10所示，拟合的结果如表7所 时，裂隙宽度几乎保持不变.因此，对于单轴压缩 示，拟合相关系数都大于0.91，表明式(6)可以很 条件下的粗糙裂隙而言，影响渗透系数变化的主 好的描述裂隙的渗透系数和粗糙度的非线性关 要因素是裂隙的粗糙度，如图13所示，不同的法 系，并且系数d随着水压的增加而增加，系数b随 向压力作用下，裂隙的渗透系数随着粗糙度的增 着水压增加而减小 加而减小.另外，从拟合的式(5)还可以看出，渗透 在没有法向压力的作用下，裂隙的宽度随着 系数随着粗糙度的增加线性减小 水压的增加而增大，影响粗糙裂隙渗流特性的主 与没有法向压力作用下的裂隙试样相比，渗 要因素是裂隙宽度和粗糙度，单轴压缩条件下的 透系数随着粗糙度的增大而减小，表现出明显的 裂隙试样在法向压力恒定且大于水压时，裂隙的 非线性.在没有法向压力作用下，裂隙宽度的变化 宽度儿乎不变，影响粗糙裂隙渗流特性的主要因 主要依赖于水压的大小，水压会使裂隙通道的宽 素是裂隙的粗糙度.为了定量的分析在有无法向 度扩张，使得流体流动的速度减小，在裂隙宽度扩 压力条件下，裂隙粗糙度对渗透系数影响的差异 张和裂隙面粗糙不平的影响下，渗透系数和粗糙 性，定义了比例系数6，其大小为有法向压力下的 度的关系呈现出明显的非线性.为了进一步的研 渗透系数K与没有法向压力下的渗透系数K。的 究，用负指数函数拟合了渗透系数和粗糙度之间 比值，表达式为： 的非线性关系，其表达式为： K y=a'+x (6) 6= (7) K量得到的裂隙宽度的变化情况，当法向压力恒定 时，裂隙宽度几乎保持不变. 因此，对于单轴压缩 条件下的粗糙裂隙而言，影响渗透系数变化的主 要因素是裂隙的粗糙度，如图 13 所示，不同的法 向压力作用下，裂隙的渗透系数随着粗糙度的增 加而减小. 另外，从拟合的式（5）还可以看出，渗透 系数随着粗糙度的增加线性减小. 与没有法向压力作用下的裂隙试样相比，渗 透系数随着粗糙度的增大而减小，表现出明显的 非线性. 在没有法向压力作用下，裂隙宽度的变化 主要依赖于水压的大小，水压会使裂隙通道的宽 度扩张，使得流体流动的速度减小，在裂隙宽度扩 张和裂隙面粗糙不平的影响下，渗透系数和粗糙 度的关系呈现出明显的非线性. 为了进一步的研 究，用负指数函数拟合了渗透系数和粗糙度之间 的非线性关系，其表达式为： y = a ′ + x b ′ （6） a ′ b ′ 拟合曲线如图 10 所示，拟合的结果如表 7 所 示，拟合相关系数都大于 0.91，表明式（6）可以很 好的描述裂隙的渗透系数和粗糙度的非线性关 系，并且系数 随着水压的增加而增加，系数 随 着水压增加而减小. δ 在没有法向压力的作用下，裂隙的宽度随着 水压的增加而增大，影响粗糙裂隙渗流特性的主 要因素是裂隙宽度和粗糙度，单轴压缩条件下的 裂隙试样在法向压力恒定且大于水压时，裂隙的 宽度几乎不变，影响粗糙裂隙渗流特性的主要因 素是裂隙的粗糙度. 为了定量的分析在有无法向 压力条件下，裂隙粗糙度对渗透系数影响的差异 性，定义了比例系数 ，其大小为有法向压力下的 渗透系数 K 与没有法向压力下的渗透系数 K0 的 比值，表达式为： δ = K K0 （7） 表 5 法向压力恒定不同水力压力下渗透系数的变化量 Table 5 Permeability change under different hydraulic pressures and constant normal pressure Normal pressure, F/MPa Hydraulic pressure, P/MPa Permeability change, K/(m·s−1) Normal pressure, F/MPa Hydraulic pressure, P/MPa Permeability change, K/(m·s−1) 0.25 0.04 8.41 0.75 0.04 3.61 0.09 8.87 0.09 3.33 0.14 9.67 0.14 4.53 0.19 10.37 0.19 6.56 0.24 15.29 0.24 9.37 0.29 20.59 0.29 13.88 0.50 0.04 6.37 1.00 0.04 3.75 0.09 6.72 0.09 4.17 0.14 7.18 0.14 4.53 0.19 9.14 0.19 5.12 0.24 10.66 0.24 8.53 0.29 16.87 0.29 12.12 表 6 不同粗糙度裂隙渗流宽度的变化情况 Table 6 Variation of apertures of fractures with different roughnesses Normal pressure, F/MPa Hydraulic pressure, P/MPa Change value in fracture aperture with different JCR, e/mm Normal pressure, F/MPa Hydraulic pressure, P/MPa Change value in fracture aperture with different JCR, e /mm 10.8 12.8 14.5 16.7 18.7 10.8 12.8 14.5 16.7 18.7 0.25 0.04 0.06 0.05 0.04 0.05 0.04 1.00 0.04 0.03 0.03 0.02 0.02 0.02 0.09 0.06 0.05 0.05 0.05 0.04 0.09 0.03 0.03 0.02 0.02 0.02 0.14 0.07 0.06 0.06 0.05 0.04 0.14 0.03 0.04 0.03 0.02 0.02 0.19 0.07 0.06 0.06 0.05 0.04 0.19 0.04 0.04 0.03 0.03 0.02 0.24 0.08 0.07 0.0.6 0.06 0.05 0.24 0.04 0.04 0.04 0.03 0.03 0.29 0.08 0.08 0.07 0.06 0.06 0.29 0.04 0.04 0.04 0.03 0.03 · 922 · 工程科学学报，第 43 卷，第 7 期