[发明专利]裂隙表面粗糙度的表征方法和渗流试验系统及试验方法

摘要

本发明公开了一种裂隙表面粗糙度的表征方法和渗流试验系统及试验方法，该表征方法将粗糙轮廓线微段的高差、斜率作为判断标准，将对渗流过程中压力降影响不大的线段忽略，并结合轮廓峰密度、分形计盒维数等多种参数对粗糙度φ₁、φ₂进行描述，将其应用到非达西流区域公式中时，无论数学形式还是物理意义上都能够保持一致；通过新的表征方法和公式的建立，使得非达西系数β和裂隙粗糙特性建立联系，该方法突出了沿水流方向的粗糙特性对流体流动过程中压力降的影响；通过对渗流试验系统的特别设计，可以准确测量隙宽变化，结合预制的不同裂隙面，可以研究无量纲量A_D、B_D与粗糙度参数φ₁、φ₂的具体函数形式及变化规律。

主权项

1.一种裂隙表面粗糙度的表征方法，其特征在于，首先取一段随机生成的具有平直基准线的粗糙曲线，该粗糙曲线由等间距的N个点组成，各个点的横坐标为xi，纵坐标为zi(1≤i≤N)，建立无量纲数AD、BD与粗糙度之间关系：AD＝f(12φ1)BD＝f(φ2)，式中，φ1、φ2为粗糙度，φ1反映曲线整体的粗糙特性，代表了粗糙特性对Forchheimer公式线性部分的影响，φ2反映曲线沿水流方向的粗糙性对水流压力降的影响，代表了粗糙特性对Forchheimer公式非线性部分的影响，φ1、φ2表达式如下：φ1＝DB其中，DB为粗糙曲线的分形计盒维数，l为粗糙曲线的基准线的长度，Sm为轮廓微观不平度的平均间距，轮廓微观不平度间距是含有一个轮廓峰和相邻轮廓谷的一段基准线长度，则l/Sm是粗糙曲线上轮廓峰的密度；M指粗糙曲线包括的所有线段；m为同时满足下列条件的线段数量，条件包括：①判断每一段的斜率，其中，Z2为表面轮廓线一次导数均方根，按下式求得：其中，N为该粗糙曲线包含的点数；②判断每一段的高差，zi到中线距离+zi+1到中线距离＜2Ra其中，Ra为轮廓的算术平均偏差，即每个点到基准线的距离的算术平均值，满足上述①和②条件的线段数为m；综上，单裂隙水渗流过程中非达西流阶段的Forchheimer公式可以表达为公式(1)：即：