固流热耦合条件下裂隙花岗岩非线性渗流特征与参数演化分析
孟涛1
杨翼嶂1
冯淦2
1.太原科技大学 能源与材料工程学院,山西 太原 0300242.四川大学 水利水电学院,四川 成都 610065
摘要：为系统揭示固流热耦合作用下裂隙花岗岩的非线性渗流特征及其主要控制参数演化规律,基于自主研制的高温高压三轴渗流试验装置,选取不同粗糙度(JRC)的单裂隙花岗岩试件,覆盖围压(1～20 MPa)、温度(25～90℃)和水压梯度(1～12 MPa/m)等多因素交互的工况进行试验研究.采用三维激光扫描技术与数字化重构手段精确获取裂隙面几何形貌,结合Forchheimer方程、非达西因子和临界水压梯度等指标,定量分析了体积流速、水力开度、导水系数等随围压和温度的演化机制.结果显示:单裂隙花岗岩在较高水压梯度或流速下显著偏离达西流态,Forchheimer方程拟合度高(R2>0.98),表明裂隙渗流具有明显的非线性特征;围压的升高会压密裂隙面并显著抑制渗透性能,粗糙度的增大加剧了闭合区形成并进一步削弱流体流动;温度的升高在低围压下会降低流体黏度并促进渗流速度,但在高围压下微裂纹扩展和局部表面磨损会部分抵消该增透作用;深部环境中裂隙非线性渗流普遍存在,随着水压梯度递增,导水系数由近似恒定转为幂指数衰减.研究成果可为高温高压场景下核废料地质处置库、地热开发和其他深部工程中裂隙渗透特性的安全评估与设计提供科学依据,并为后续多场耦合数值模拟与机理完善奠定重要试验基础.
关键词：裂隙花岗岩固流热耦合非线性达西流Forchheimer方程
分类号：TD315(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52474080)国家自然科学基金(52374099)四川省自然科学基金区域创新合作资助项目(2025YFHZ0323)
论文发表日期：2025-12-31
在线出版日期：2026-01-07（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：15( 107-121 )
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