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渗流驱动下粗糙裂隙内多粒径颗粒分选运移与协同堵塞机制研究

孙莉霞,  谭杰,  桑国强,  顾东明,  李长冬

孙莉霞, 谭杰, 桑国强, 顾东明, 李长冬. 渗流驱动下粗糙裂隙内多粒径颗粒分选运移与协同堵塞机制研究[J]. 地质科技通报. doi: 10.19509j.cnki.dzkq.tb202605030
引用本文: 孙莉霞, 谭杰, 桑国强, 顾东明, 李长冬. 渗流驱动下粗糙裂隙内多粒径颗粒分选运移与协同堵塞机制研究[J]. 地质科技通报. doi: 10.19509j.cnki.dzkq.tb202605030

渗流驱动下粗糙裂隙内多粒径颗粒分选运移与协同堵塞机制研究

doi: 10.19509j.cnki.dzkq.tb202605030
基金项目: 新疆维吾尔自治区重大科技专项(2025A01011);地质灾害防治与地质环境保护全国重点实验室自主研究课题(SKLGP2024Z020);国家自然科学基金项目(42090054,42207179);水资源工程与调度全国重点实验室开放研究基金项目(2024SGG04)
Funds: Xinjiang Uygur Autonomous Region Major Science and Technology Special Program(2025A01011);Independent Research Project of State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection(SKLGP2024Z020);National Natural Science Foundation of China Project(42090054,42207179);Open Research Fund Project of State Key Laboratory of Water Resources Engineering and Regulation(2024SGG04)
  • 摘要: 岩体裂隙内多粒径颗粒在渗流驱动下的运移与堵塞演化,深刻影响着岩土工程的渗透稳定与灾变防控。针对现有研究对粗糙裂隙内非均匀颗粒空间分异与微观协同机理认识的不足,本文基于计算流体力学与离散元(CFD-DEM)耦合方法,构建了三维真实粗糙裂隙渗流侵蚀模型,探究了多参量调控下的颗粒运移规律。结果表明,颗粒粒径主导了其动力学运移模式,细颗粒受限于低速边界层多呈现长程连续输运,而粗颗粒因强烈的接触阻滞表现出局部滑移与物理停滞交替的间歇性运动,构成了体系空间分异的内在动因。裂隙几何与动力条件对系统的宏观流失行为呈现强非线性调控作用。粗糙度增加强化了局部几何锁定效应,导致颗粒体系呈现阶梯状的间歇性衰减;开度增大则促使流态由局部高阻滞状态向持续输运状态演变;随着水力梯度的提升,颗粒失稳模式由低梯度下的局部缓慢流失转变为高梯度下的整体快速冲刷。在非均匀侵蚀过程中,混合颗粒体系表现出强烈的空间极化与选择性流失特征,细颗粒优先沿优势流道脱出,粗颗粒则在运移中受阻推移,并在中下游演化为稳定的宏观滞留带。进一步的细观剖析证实,该滞留带的形成受控于孔喉尺度的三种协同闭塞机制,即以粗颗粒为核心的细颗粒周向包裹机制、狭窄喉道内细颗粒群的机械锚固机制,以及细颗粒边界附着诱导的协同成拱机制。本文研究成果为探明岩体裂隙内部侵蚀机理及渗透灾变演化提供了细观理论支撑。

     

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出版历程
  • 收稿日期:  2026-05-13
  • 录用日期:  2026-08-31
  • 修回日期:  2026-08-10
  • 网络出版日期:  2026-09-21

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     《地质科技通报》编辑部