基于分形理论的岩体粗糙裂隙中溶质运移预测模型研究

苗柯韩; 黄勇; 马晓凡; 王超琦

doi:10.16285/j.rsm.2023.1584

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基于分形理论的岩体粗糙裂隙中溶质运移预测模型研究

基础理论与实验研究 | 更新时间：2026-06-25

- 基于分形理论的岩体粗糙裂隙中溶质运移预测模型研究
- Predictive model for solute transport in a rough rock fracture based on fractal theory
- 岩土力学 2024年45卷第9期页码：2527-2538
- 作者机构：
  
  河海大学地球科学与工程学院,江苏,南京,211100
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金长江水科学研究联合基金项目（No.U2240217）
- DOI：10.16285/j.rsm.2023.1584
  中图分类号： TU45
- 网络首发：2024-08-30，
  
  纸质出版：2024
- 稿件说明：
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苗柯韩, 黄勇, 马晓凡, 等. 基于分形理论的岩体粗糙裂隙中溶质运移预测模型研究[J]. 岩土力学, 2024,45(9):2527-2538.

MIAO Ke-han, HUANG Yong, MA Xiao-fan, et al. Predictive model for solute transport in a rough rock fracture based on fractal theory[J]. 2024, 45(9): 2527-2538.
苗柯韩, 黄勇, 马晓凡, 等. 基于分形理论的岩体粗糙裂隙中溶质运移预测模型研究[J]. 岩土力学, 2024,45(9):2527-2538. DOI： 10.16285/j.rsm.2023.1584.

MIAO Ke-han, HUANG Yong, MA Xiao-fan, et al. Predictive model for solute transport in a rough rock fracture based on fractal theory[J]. 2024, 45(9): 2527-2538. DOI： 10.16285/j.rsm.2023.1584.

摘要

为研究裂隙面粗糙度对粗糙裂隙中溶质运移过程的影响，以及粗糙度对水动力弥散系数DL和溶质运移速度Vt的控制作用，基于分形理论计算了不同裂隙的粗糙度和定水头下的水力开度，讨论了裂隙面粗糙度对粗糙裂隙中溶质运移过程的影响以及不同分形维数裂隙的渗流量和流速。通过耦合Navier-Stokes方程和对流−扩散方程（advection-diffusion equation，简称ADE）获得了裂隙中溶质运移穿透曲线，利用ADE经典解析解耦合直接模拟的穿透曲线，得到了水动力弥散系数和溶质运移速度，讨论了和对溶质的控制作用及其与粗糙度的相关性，建立了基于分形理论的粗糙裂隙中溶质运移预测模型，并将该模型与直接模拟和基于几何特征的预测模型进行了对比验证。研究结果表明：分形维数和幅度参数表征裂隙面粗糙度的效果较好，和与分形参数的相关性较高，所建立模型对于岩体粗糙裂隙中的溶质运移模拟具有很好的适用性和准确性。

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