Experimental study on nonlinear flow properties of pipe-fissure water in carbonate rocks during failures
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摘要: 本文聚焦碳酸盐岩微观渗流特性与破裂机制的研究，开展了岩石破裂过程中管道-裂隙水流动可视化试验，基于岩石块体尺度试验结果定量分析管道流体向裂隙流体过渡的流态演化过程，研究多级荷载对管道-裂隙水流动特性的影响。试验结果表明：碳酸盐岩流态稳定性与破裂状态相关，管壁破坏初期管道流主要以层流为主，局部管壁劈裂造成管道流体时域性流态交替，管道流体向裂隙流体转变的前兆特征主要表现为过渡流态临界转换点。碳酸盐岩破裂过程中管道流体向裂隙流体过渡过程具有分数演化特征，分数指数能够定量刻画管流和裂隙流的临界过渡过程。Abstract: This study focus on nonlinear flow properties of pipe-fissure water in carbonate rocks during failures. A visible flow experiment was carried out to observe pipe-fissure water during rock failures. Flow transition patterns of pipes and fissures water were quantitatively described according to the experiment data of flows in rocks under multi-level loading. The results show that the pipe fluid pattern is closely related to the roughness of the pipe-wall. The laminar flow at primarily cracks changes gradually into the transition flow at broken rocks. Pipe spalling can induce fluid pattern alternation with time duration. The precursory characteristics of transition fluid patterns of the pipe and fissure express as the critical point of flows. Pipe flow transforms into fissure flow with a feature of fractional evolution during carbonate rocks failure. The fractional index can be quantitatively used to define the critical transition process of the pipe into fissure flow.
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Key words:
- carbonate rocks /
- pipe rupture /
- fissure water /
- non-linear flow /
- fractal evolution
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[1] 李滨，殷跃平，高杨，等. 西南岩溶山区大型崩滑灾害研究的关键问题［J］. 水文地质工程地质， 2020，47（4）：5-13. [2] 黄波林，殷跃平，李滨，等. 三峡工程库区岩溶岸坡岩体劣化及其灾变效应［J］. 水文地质工程地质， 2020，47（4）：51-61. [3] 易连兴. 西南岩溶山区复合水动力场滑坡影响模式：以关岭县大寨滑坡为例［J］.水文地质工程地质，2020，47（4）：43-50. [4] 周汉国，郭建春，李静，等. 深层碳酸盐岩储层溶洞围岩应力分布研究［J］. 地质力学学报， 2018， 24（1）： 35-41. [5] Bai H， Ma D， Chen Z. Mechanical behavior of groundwater seepage in karst collapse pillars［J］. Engineering Geology，2013， 164： 101-106. [6] 陈崇希. 岩溶管道-裂隙-孔隙三重空隙介质地下水流模型及模拟方法研究［J］. 地球科学， 1995（4）： 361-366. [7] 陈余道，程亚平，王恒，等. 岩溶地下河管道流和管道结构及参数的定量示踪：以桂林寨底地下河为例［J］. 水文地质工程地质， 2013， 40（5）： 11-15. [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， 43（10）： 1144-1154. [9] Ren F， Ma G， Wang Y， et al. Unified pipe network method for simulation of water flow in fractured porous rock［J］. Journal of Hydrology， 2017， 547： 80-96. [10] Xu C， Fidelibus C， Dowd P， et al. An iterative procedure for the simulation of the steady-state fluid flow in rock fracture networks［J］. Engineering Geology， 2018， 242： 160-168. [11] 王晋丽，陈喜，张志才，等. 基于离散裂隙网络模型的裂隙水渗流计算［J］. 中国岩溶， 2016， 35（4）： 363-371. [12] 高阳，邱振忠，于青春. 层流—紊流共存流场中岩溶裂隙网络演化过程的数值模拟方法［J］. 中国岩溶， 2019， 38（6）： 831-838. [13] 杨赫，程卫民，刘震，等. 注水煤体有效渗流通道结构分形特征核磁共振试验研究［J］. 岩土力学， 2020， 41（4）： 1279-1286. [14] Ma D， Rezania M， Yu H， et al. Variations of hydraulic properties of granular sandstones during water inrush： Effect of small particle migration［J］.Engineering Geology， 2017， 217： 61-70. [15] 赵良杰. 岩溶裂隙-管道双重含水介质水流交换机理研究［D］. 北京：中国地质大学（北京）， 2019. [16] 孙欢. 采动煤岩应力—裂隙—渗流耦合机理研究及应用［D］. 西安：西安科技大学， 2017. [17] Sun H， Liu X L， Zhu J B. Correlational fractal characterisation of stress and acoustic emission during coal and rock failure under multilevel dynamic loading［J］. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences， 2019， 117： 1-10. [18] 张蓉蓉，束龙仓，闵星，等. 管道流对非均质岩溶含水系统水动力过程影响的模拟［J］. 吉林大学学报（地球科学版），2012， 42（S2）： 386-392. [19] 赵延林，张盛国，万文，等. 基于流态转换理论巷道前伏溶洞突水的流固耦合-强度折减法分析［J］. 岩石力学与工程学报， 2014， 33（9）： 1852-1862. [20] 王登科，魏强，魏建平，等. 煤的裂隙结构分形特征与分形渗流模型研究［J］. 中国矿业大学学报， 2020， 49（1）： 103-109. -
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