基于立方定律的岩体裂隙非线性流动几何模型

来源期刊：煤炭学报2016年第4期

论文作者：朱红光 易成 谢和平 谢永兰 周家杰 吴凯波

文章页码：822 - 828

关键词：非线性流动;几何模型;粗糙裂隙;局部立方定律;

摘    要：岩体裂隙壁面的几何粗糙会引起其中流体的流动非线性,立方定律在分析此类问题时最为简便但却无法适用。旨在基于简单的立方定律,提出一个能够有效适用于岩体裂隙几何粗糙引起非线性流动的分析模型。通过对N-S方程进行量级分析得到了立方定律适用的3个条件:1足够小的壁面粗糙;2足够小的隙宽流程比;3较小的流动惯性。这些条件在粗糙岩体裂隙中难以满足。为了解决这一问题,提出了一个新的粗糙岩体裂隙的离散等效几何模型,该模型中裂隙被合理地"分割",离散成较短的单元段以使得立方定律的适用条件成立;建立了粗糙单元段的平行板等效方法,从而在粗糙单元段内应用立方定律（局部立方定律）。借助几何模型对典型粗糙岩体裂隙进行了离散和数值模拟,发现离散后的裂隙与原裂隙在流动行为上呈现极好的相似性。并基于离散裂隙导出了粗糙岩体裂隙非线性流动的流量公式,最后通过不同岩体粗糙裂隙的流动试验验证了本模型的正确性。该几何模型及其流量公式能为真实粗糙岩体裂隙的非线性流动行为分析提供有效手段。