王帅等：单轴压缩条件下裂隙粗糙度对渗透系数的影响 917· 裂隙粗糙不平).为了尽可能的仿真天然裂隙，选 择RC值大于10的轮廓曲线进行数字化处理.首 图2吻合的裂隙曲线图 先，将图I所示的JRC标准轮廓曲线导入AutoCAD Fig.2 Curve diagram of mating fracture 软件中，然后运用AutoCAD软件中“样条曲线”的 二维绘图功能，按照1：1的比例尺进行数字化重 构每条曲线，得到如表1所示的标准节理轮廓线， 平均每条轮廓线都是由100条线段组成，每条轮 廓线端点之间的距离都是10cm,根据原始尺寸对 标准轮廓曲线进行数字化处理. 0-2 12-4 14-6 图3粗糙裂隙三维模型示意图 6-8 Fig.3 Rough fracture 3D model diagram 8-10 (1)如图2所示是运用AutoCAD将JRC标准 6 410-12 曲线数字化后得到的吻合裂隙曲线 12-14 (2)如图3所示是利用AutoCAD三维建模功 14-16 能对数字化后的吻合裂隙曲线进行拉伸和加厚处 16-18 理，得到尺寸为200mm×100mm×150mm的粗糙 418-20 裂隙三维模型 13制备粗糙裂隙试样 将三维AutoCAD裂隙模型转换成STL格式， 图1扫描RC的标准曲线图 导入Makebot程序中，设置打印精度为0.lmm,填 Fig.1 Standard profile curve of JRC 充度为30%，外壳数量为2个，层高0.1mm,打印 表1数字化后RC的标准曲线图阿 喷头温度为200℃，打印速度为120mms,打印 Table 1 Standard curve diagram of JRC after digitization 方式为SD卡脱机打印.试验中，将SD卡插入 Number Standard joint profile JRC value (Specific value) RayBot3.D打印机中，使用直径为1.75mm的聚乳 0-2(0.4) 酸材料，通过沉积成型技术，打印出体积为200mm× 2 2-4(2.8) 100mm×l50mm的裂隙试样.图4是在Makebot 4-6(5.8) 程序中建立的模型，图5为打印的三维粗糙裂隙 6-8(6.7) 试样.虽然运用3D打印技术打印出的模型与重构 8-10(9.5) 的数字模型存在一定的误差，但是试验的目的主 10-12(10.8) 要是分析裂隙粗糙度对渗流特性的影响，由打印 12-14(12.8) 技术引起的误差对渗流的影响可忽略不计.图6 14-16(14.5) 是实验中使用的RayBot3D打印机. 16-18(16.7) 2渗透性试验研究 0 18-20(18.7) 2.1试验原理 1.2建立粗糙裂隙三维模型 渗透率是岩体介质渗透性能的一种平均性质， 通过AutoCAD软件对数字化后的RC标准曲 其大小可用下式计算得到 线进行三维建模，构建出三维裂隙模型，然后利用 3D打印技术打印出实体裂隙模型.如图2和图3 =驰 (1) 所示，以JRC为187的裂隙为例，展示了具体的建 式中：k为裂隙试样的渗透率，m2;Q为渗流过程的 模过程 流量，m3s;为黏性系数，Pas:L为裂隙长度，m;裂隙粗糙不平[15] . 为了尽可能的仿真天然裂隙，选 择 JRC 值大于 10 的轮廓曲线进行数字化处理. 首 先，将图 1 所示的 JRC 标准轮廓曲线导入 AutoCAD 软件中，然后运用 AutoCAD 软件中“样条曲线”的 二维绘图功能，按照 1∶1 的比例尺进行数字化重 构每条曲线，得到如表 1 所示的标准节理轮廓线， 平均每条轮廓线都是由 100 条线段组成，每条轮 廓线端点之间的距离都是 10 cm，根据原始尺寸对 标准轮廓曲线进行数字化处理. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 5 10 cm 0−2 2−4 4−6 6−8 8−10 10−12 12−14 14−16 16−18 18−20 图 1    扫描 JRC 的标准曲线图 Fig.1    Standard profile curve of JRC 表 1 数字化后 JRC 的标准曲线图[15] Table 1   Standard curve diagram of JRC after digitization Number Standard joint profile JRC value (Specific value) 1 0–2 (0.4) 2 2–4 (2.8) 3 4–6 (5.8) 4 6–8 (6.7) 5 8–10 (9.5) 6 10–12 (10.8) 7 12–14 (12.8) 8 14–16 (14.5) 9 16–18 (16.7) 10 18–20 (18.7) 1.2    建立粗糙裂隙三维模型 通过 AutoCAD 软件对数字化后的 JRC 标准曲 线进行三维建模，构建出三维裂隙模型，然后利用 3D 打印技术打印出实体裂隙模型. 如图 2 和图 3 所示，以 JRC 为 18.7 的裂隙为例，展示了具体的建 模过程. 图 2    吻合的裂隙曲线图 Fig.2    Curve diagram of mating fracture 图 3    粗糙裂隙三维模型示意图 Fig.3    Rough fracture 3D model diagram （1）如图 2 所示是运用 AutoCAD 将 JRC 标准 曲线数字化后得到的吻合裂隙曲线. （2）如图 3 所示是利用 AutoCAD 三维建模功 能对数字化后的吻合裂隙曲线进行拉伸和加厚处 理，得到尺寸为 200 mm×100 mm×150 mm 的粗糙 裂隙三维模型. 1.3    制备粗糙裂隙试样 将三维 AutoCAD 裂隙模型转换成 STL 格式， 导入 Makebot 程序中，设置打印精度为 0.1 mm，填 充度为 30%，外壳数量为 2 个，层高 0.1 mm，打印 喷头温度为 200 ℃，打印速度为 120 mm·s−1，打印 方式为 SD 卡脱机打印. 试验中 ，将 SD 卡插入 RayBot3D 打印机中，使用直径为 1.75 mm 的聚乳 酸材料，通过沉积成型技术，打印出体积为 200 mm× 100 mm×150 mm 的裂隙试样. 图 4 是在 Makebot 程序中建立的模型，图 5 为打印的三维粗糙裂隙 试样. 虽然运用 3D 打印技术打印出的模型与重构 的数字模型存在一定的误差，但是试验的目的主 要是分析裂隙粗糙度对渗流特性的影响，由打印 技术引起的误差对渗流的影响可忽略不计. 图 6 是实验中使用的 RayBot3D 打印机. 2    渗透性试验研究 2.1    试验原理 渗透率是岩体介质渗透性能的一种平均性质， 其大小可用下式计算得到[21] k = QµL A∆P （1） m2 Q m3 ·s −1 µ Pa ·s L 式中：k 为裂隙试样的渗透率， ； 为渗流过程的 流量， ； 为黏性系数， ； 为裂隙长度，m； 王    帅等： 单轴压缩条件下裂隙粗糙度对渗透系数的影响 · 917 ·