亀裂接触部の破壊を考慮した岩盤のマルチスケール水理物質移行特性の評価

考虑裂纹接触区域破坏的岩石多尺度水力传质特性评估

• 批准号: 15K18302
• 负责人: 李 博
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Nagasaki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15K18302/
• 关键词: 亀裂性岩盤; 透水特性; 亀裂ネットワーク; ラフネス; 非線形特性

亀裂性岩盤の熱・水・応力・化学(THMC)連成特性の評価は岩盤工学・資源工学分野に関わる諸問題を解決するための重要な科学問題の一つである。本研究では主に亀裂ネットワークの水理物質移行特性を考察するため、亀裂の交差点を有する実験モデルを用いた透水試験とそれに関する数値解析を行った。亀裂ネットワーク内に存在する亀裂の交差部で渦の形成や物質交換のような現象が発生し、ネットワーク全体の水理物質移行特性を大きく影響する。本研究ではガラス板を割ることで、様々な形状や交差角、ラフネスを有する亀裂モデルを作成し透水試験を行った。併せて、染色した溶液を用いた画像撮影およびナビエ・ストークス方程式を解くことによる数値解析を行った。その結果、交差部の開口幅や形状が透水特性に大きく影響を与えるが、交差角が特に影響しないことが分かった。交差部と繋がる各亀裂内へ流れる物質の量は交差部の幾何学特性以外に、動水勾配とも強く関係していることが分かった。レイノルズ数が大きくなった場合に、交差部で渦の形成のような非線形的な流れが発生し、物質交換に大きく影響することが画像解析から判明した。次に、亀裂ネットワーク内の亀裂の開口幅、ラフネス、交差点の数を変化させたパラメータスタディを行うことで、Forchheimerの式を亀裂ネットワークモデルへの適用性を検証し、その係数の推算式を提案した。解析の結果から得られた流量と動水勾配の関係はForchheimerの式とよく合致することが確認できた。また、亀裂の開口幅は亀裂ネットワークの透水係数に最も大きな影響を与え、その次に交差点の数とラフネスの順になることが分かった。提案した推算式を用いることで、亀裂ネットワークの線形および非線形的な透水特性を精度よく予測することが可能となった。

Growing crack rock plate の heat, water, 応 force, chemical (THMC) into feature の review 価 は laccolith, engineering resources, technology eset に masato わ る the を solve す る た め の な important scientific problem の つ で あ る. This study で は main に growing crack ネ ッ ト ワ ー ク の transition characteristics of hydraulic material を investigation す る た め, growing crack の crossing を have す る be 験 モ デ ル を with い た permeable test と そ れ に masato す る line the numerical analytical を っ た. Growing crack ネ ッ ト ワ ー ク に exist within す る growing crack の a job department で vortex の form material exchange や の よ う な phenomenon が 発 し, ネ ッ ト ワ ー ク all の transition characteristics of hydraulic material を big き く influence す る. This study で は ガ ラ ス board cut る を こ と で, others 々 な shape や cross Angle, ラ フ ネ ス を have す る growing crack モ デ ル を made し permeable test line を っ た. And せ て, dyeing し を た solution with い た portraits of shadow お よ び ナ ビ エ · ス ト ー ク を ス equations solution く こ と に よ る line the numerical analytical を っ た. そ の result, cross department の openings large amplitude や shape が permeable characteristics に き く influence を and え る が, cross Angle が に influence し な い こ と が points か っ た. A job department と 繋 が る へ flow in every growing crack れ る substances の は job outside に の geometry characteristics, dynamic water hook with と も strong く masato is し て い る こ と が points か っ た. が レ イ ノ ル ズ number big き く な っ に た occasions, a job で vortex の form の よ う な nonlinear な flow れ が 発 し, material exchange に big き く influence す る こ と が portrait parsing か ら.at し た. に, growing crack ネ ッ ト ワ ー ク の within growing crack の openings, ラ フ ネ ス, crossing number の を variations change さ せ た パ ラ メ ー タ ス タ デ ィ を line う こ と で, Forchheimer の type を growing crack ネ ッ ト ワ ー ク モ デ ル へ の applicability を 検 し, そ の の coefficient calculated type を proposal し た. Analytical results の か ら have ら れ た dynamic water flow と hook with の masato is は Forchheimer の type と よ く close to す る こ と が confirm で き た. ま た, growing crack opening の は growing crack ネ ッ ト ワ ー ク の permeable coefficient に も most big き な influence を and え, そ の times に crossing number の と ラ フ ネ ス の shun に な る こ と が points か っ た. Proposal し た type を according with い る こ と で, growing crack ネ ッ ト ワ ー ク の linear お よ び な permeable characteristics of nonlinear を precision よ く be す る こ と が may と な っ た.

项目成果

A study of hydraulic properties of rock fracture networks based on rank-one inverse Broyden quasi-Newton method

• 发表时间: 2016
• 作者: Liu Richeng;Jiang Yujing;L. Bo;Wang Xiaoshan;Xu Bangshu;Yu Liyuan

Critical hydraulic gradient for nonlinear flow through rock fracture networks: The roles of aperture, surface roughness, and number of intersections

• DOI: 10.1016/j.advwatres.2015.12.002
• 发表时间: 2016-02
• 期刊: Advances in Water Resources
• 影响因子: 4.7
• 作者: Ri-cheng Liu;Bo Li;Yujing Jiang

Study of nonlinear hydraulic characteristics and hydraulic aperture calculation of crossed fracture

交叉裂缝非线性水力特性及水力孔径计算研究

• 发表时间: 2015
• 期刊: Rock and Soil Mechanics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Richeng Liu;Yujing Jiang;Shuchen Li;Bo Li;Xiaoshan Wang
• 通讯作者: Xiaoshan Wang

A fractal model based on a new governing equation of fluid flow in fractures for characterizing hydraulic properties of rock fracture networks

• DOI: 10.1016/j.compgeo.2016.01.025
• 发表时间: 2016-05
• 期刊: Computers and Geotechnics
• 影响因子: 5.3
• 作者: Ri-cheng Liu;Bo Li;Yujing Jiang

Experimental and numerical studies on flow characteristics in rock fracture intersections considering influence of intersecting angle

考虑相交角度影响的岩石裂隙相交处流动特性实验与数值研究

• 发表时间: 2015
• 作者: 須田健一; 佐藤克明; 清水重喜; 他;Bo Li
• 通讯作者: Bo Li