一种研究节理面剪切渗流耦合机理的分析方法及试验系统与流程

本公开一般涉及地下工程试验领域，特别涉及一种研究节理面剪切渗流耦合机理的分析方法及试验系统。

背景技术：

节理岩体是地下洞室、隧道、采矿、水利水电和边坡等各种岩体工程中经常遇到的一种复杂岩体。在地质作用过程中，岩体中产生了大量不同规模的节理。与完整岩块相比，节理面的抗剪强度较低，是岩体中的弱面，因而岩体的力学性质在很大程度上取决于节理的剪切力学性质。

在实际工程中，节理面在渗流耦合作用下的剪切的发生过程有多种因素共同作用，法向荷载、剪切荷载及岩石材料、节理面三维形貌等因素都对节理剪切有影响。室内试验是进行节理剪切过程中节理面形貌和力学性质演化研究的最直接的手段，然而现有的剪切渗流耦合试验装置和方法中，无法对具有天然节理的岩石试件进行高精度的重复试验，也无法准确获取天然节理面在不同边界约束条件下变形破坏的实际情况。此外，当前对渗流耦合作用下的节理面剪切试验相关研究往往是对节理面剪切破坏过程单一方面的研究，很少有对节理面剪切破坏过程进行全方面研究的方法和技术，不利于对岩石节理面剪切破坏过程进行系统研究。

技术实现要素：

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种可对渗流耦合作用下节理面剪切破坏过程进行系统试验和深入分析，精确表达节理面在剪切过程中变形破坏性质及其量化表征的研究岩石节理面剪切渗流耦合破坏过程的试验方案。

第一方面，本申请实例提供了一种研究节理面剪切渗流耦合机理的分析方法，包括以下步骤：

采用取模材料拓取印制天然岩石节理面表面形态，并制作天然岩石节理面复制模具，利用所述岩石节理曲面模具制作若干与所述天然岩石具有相同表面形态和力学参数的类岩石材料试样；

对若干所述试样控制不同的边界条件进行岩石节理剪切试验，记录节理面剪切试验曲线，获取宏观性质参数和特征值，并对比分析节理面几何性质、力学参数、边界条件和锚固结构的影响规律；

所述剪切试验过程中采用声发射监测节理面表面、节理面上下岩块和锚固结构破坏过程的细观演化规律和能量特征；

进行剪切试验前后分别用三维激光扫描仪进行节理面扫描，记录剪切前后节理面表面的几何形貌，通过剪切前后几何形貌对比分析节理面表面破损情况，采用分形方法获取分形维数、定量计算节理面破损特征和性质参数，获取节理面表面破损的几何演化特征，建立结构面表面几何形态演化模型；

通过所述分形维数获取修正的节理水力开度计算公式：

在分形概念中，曲面维数为2～3，因此该修正的节理水力开度计算公式用(d-2)结合平均开度来描述节理面曲折效应，并同时考虑了接触面积影响。

式中，

bn：修正的节理水力开度；

b：开度的算术平均值

d：分形维数；

c：接触面积比

结合所述节理面剪切的宏观性质参数和特征值、所述破坏过程的细观演化规律和能量特征、所述节理面表面破坏的几何演化特征，精确表达渗流条件下节理面在剪切过程中变形破坏性质及其量化表征，应用节理面的分形维数表征岩石节理面的水力耦合机制。

所述取模材料可采用石膏、可硬结黏土材料、印模膏.印模蜡、硅橡胶、琼脂印模材料、藻酸盐印模材料。“拓取印制”是指将柔性复合材料铺设于天然岩石节理面的表面，当该柔性材料硬结时，将该柔性复合材料与天然岩石剥离，通过该柔性材料内表面的形态获取天然岩石节理表面的形态。

所述取模材料拓取印制天然岩石节理面表面形态，并制作天然岩石节理面复制模具包括：采用取模材料拓取天然岩石节理面表面形态，采用激光扫描仪对所述取模材料拓取的节理表面进行扫描，将节理表面的扫描图进行等比例缩放，建立节理表面数值模型；所述等比例缩放的比例尺结合类岩石材料力学性质参数、根据相似比理论确定。采用激光雕刻的方法，根据所述数值模型离散数据点制作岩石节理曲面模具，为制作符合相似理论的类岩石材料试件提供模具条件。

所述试样的制作方法为：通过调整白色硅酸盐水泥、石英砂、石膏和水的配比，获取单轴抗压强度、泊松比和弹性模量均与天然岩石相近的试样材料配比，按照所述材料配比制作试件并养护。通过提高水泥的用量来提高单轴抗压强度的大小，通过提高石英砂的用量来减小泊松比，通过提高水的用量与减少水泥的用量来降低弹性模量，另外，在配比中加入少量石膏提高材料的初凝速度。采用正交试验设计方法，通过调整配制比例，配制适当力学性质的类岩石材料。

所述获取节理面剪切宏观性质参数和特征值包括：获取剪切位移-剪切应力曲线、剪切位移-法向应力曲线、剪切位移-法向位移曲线、节理面剪切强度、节理面剪切残余强度。

通过所述激光扫描，获取所述试件节理面的三维点集坐标，建立节理面表面数值模型，进而获取节理面剪切宏观性质参数和几何特征值，包括：

对所述节理面的三维点集的z坐标进行提取，通过计算每一列的坡度均方根z2来计算节理面的粗糙度系数，所述坡度均方根和粗糙度系数jrc的计算公式分别为：

其中，

l为取样长度，z为表面轮廓线上点的高度，x为点的横坐标。

利用所述三维点集、通过立方体覆盖法获取所述节理面的表面分形维数，计算过程及公式如下：

在平面xoy上存在尺度为δ的正方形网格，网格的4个角点的高度分别为h(i,j)、h(i,j+1)、h(i+1,j)和h(i+1,j+1)(其中1≤i,j≤n-1，n为每个边的测量点数)。用边长为δ的立方体对粗糙表面进行覆盖，则该区域内覆盖粗糙表面所需的立方体总数ni,j为：

ni,j＝int{δ^-1[max(h(i,j),h(i,j+1),

h(i+1,j),h(i+1,j+1))-min(h(i,j),

h(i,j+1),h(i+1,j),h(i+1,j+1))]+1}

式中int为取整函数。然后计算整个区域上的立方体总数：改变测量尺度，再次计算立方体总数n，根据分形理论，覆盖立方体总数n(δ)与测量尺度δ之间存在如下关系式：

n(δ)～δ^-d

分形维数d的计算公式可以写成：

根据不同分析要素和要求，对同一结构面形貌的若干试样进行控制变量下的直接剪切试验，所述控制变量下的直接剪切试验包括：按照荷载控制方式对试样施加法向荷载至预定法向荷载，并在竖直方向固定剪切试样，在法向荷载施加结束后，按照位移控制方式进行直接剪切试验，加载速率按照设定速率进行施加，通过切向位移控制试样剪切过程。

根据结构面试样受剪过程中声发射计数和声发射能量率随剪切位移和时间的演化规律，获取岩石破损不同剪切阶段的节理面的具体定位，从而分析节理面试样剪切破坏演化过程。获得不同的监测曲线，根据岩石剪切破坏声发射监测过程曲线可知，岩石破损声发射演化过程一般经历四个重要转折点：初始发射、临界失稳、聚能和破坏，对应不同的剪切阶段，联合分析节理面试样剪切破坏演化过程。

第二方面，本申请实例提供了一种研究节理面剪切渗流耦合机理的试验系统，包括：

岩石节理剪切渗流耦合试验系统，用以对试样进行可以控制渗流条件、法向和切向边界条件的剪切试验；

声发射监测仪，在剪切试验过程中，用以采用声发射监测节理面表面、节理面上下岩块和锚固结构破坏过程的细观演化规律和能量特征；

激光扫描仪，用以对所述试样在试验前后进行节理面的三维激光扫描；

数据采集试验系统，其与所述岩石节理剪切渗流耦合试验系统、所述激光扫描仪、所述声发射监测仪相连接；

所述数据采集试验系统通过获取所述岩石节理剪切渗流耦合试验系统的数据得到渗流条件下节理面剪切宏观性质参数和特征值、通过获取所述声发射监测仪的数据得到节理面破坏细观演化规律和能量特征、通过获取所述激光扫描仪的数据得到节理面破坏的几何演化特征，从而精确表达节理面在剪切过程中变形破坏性质及其量化表征、应用节理面的分形维数表征岩石节理面的水力耦合机制。

所述声发射监测仪包括若干声发射探头，其中，同一行的声发射探头的高度相等，其所在位置与破裂面中心线所形成的平面构成声发射探头倾斜面，所述声发射探头倾斜面与破裂面形成小于15度的锐角角度，并基于稳健算法捕捉和定位节理面表面和节理壁面岩石的破裂源信号。与一般岩石破裂不同，节理面剪切破坏主要相关于剪切破裂能。因此，声发射探头的布置所构成的倾斜面应与破裂面形成小于15度的锐角角度，以便准确获取破裂源的位置。声发射探头如图所示，基于稳健算法捕捉和定位节理面表面和节理壁面岩石的破裂源信号。

所述岩石剪切试验系统中edc控制器的信号输出模块与所述声发射监测仪的信号采集通道连接，剪切试验开始时，所述声发射监测仪通过接受所述edc控制器传来的电压信号触发声发射采集系统，得到与所述岩石剪切试验系统中时间、位移、和/或负荷相一致的数据。

所述数据采集试验系统通过所述激光扫描仪获取所述试样的节理面在试验前后的三维数据点集，进而获得所述试样的节理面在试验前后的分形特征。所述数据采集试验系统通过所述声发射监测仪获取试验过程中所述试样的节理面空腔随时间的定位信息，并结合所述节理面的分形特征和所述定位信息，获取不同因素作用下的若干所述试件的节理边界面的位置变化情况，并通过分形维数获取修正的节理水力开度计算公式，应用节理面的分形维数表征岩石节理面的水力耦合机制。

本申请实例提供的研究节理面剪切渗流耦合机理的试验分析方案，可以全面研究渗流条件下节理面变形破坏的宏细观过程，包括微裂纹萌生扩展、节理表面剪切破损所形成宏观性质变化，可全面涉及剪切破坏过程中跨尺度、多因素的复杂过程。本方案包括节理面精准预制、剪切试验装置(声发射探头安装)、声发射监测和三维激光扫描等各个部分有机结合，可以从几何、能量等方面综合分析剪切试验的宏细观过程。利用激光扫描仪对裂隙表面扫描可测得节理裂隙表面起伏状况，应用坐标的函数来描述裂隙表面高程来反映裂隙表面起伏形状，上下裂隙表面的形函数共同反映节理面裂隙开度的变化情况。利用分形维数变化规律，可进行水力耦合机制研究，能更好地描述节理面剪切过程中渗透性质的变化规律，较真实地反映节理面粗糙形态对渗流产生的影响，从而更好地计算水力开度，评价其渗透特性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出了本申请实施例中节理面剪切破坏过程分析方法流程图；

图2为岩石节理面激光扫描结构示意图；

图3为节理剪切试验过程中声发射监测的监测探头安装示意图；

图4为剪切试验机与声发射同步测试系统示意图。

其中，1、反射器，2、激光脉冲发射器，3、岩石节理面，4、声发射探头，5、接缝表面，6、岩石。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分而不是全部的实施例。为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，通常在此附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如背景技术中所提到的，渗流作用下的节理面剪切过程是节理面变形破坏的宏细观过程，包括微裂纹萌生扩展、节理表面剪切破损所形成宏观性质变化，是跨尺度、多因素的复杂过程。当前对节理面剪切试验相关研究往往是对节理面剪切破坏过程单一方面的研究，很少有对节理面剪切破坏过程进行全方面研究的方法和技术。

实施例一

本申请实施例提供了一种研究节理面剪切渗流耦合机理的试验系统，该试验系统包括：

节理面激光扫描仪，岩石节理剪切渗流盒，岩石节理剪切渗流加载结构，节理面剪切破坏过程声发射监测仪。

节理面激光扫描仪用于对岩石节理表面进行激光扫描，获取节理面形貌特征信息。在节理面形貌采集之前，首先需要对激光扫描仪进行校准，优化后即可进行扫描，扫描主要通过激光发出到从被侧物返回的时间来计算距离，并同步测量激光脉冲值从而产生数据值，扫描完成后可导出扫描到的数据位置集，可获得结构面高度方向的数据，再借助其他计算软件进行处理，从而可进行结构面粗糙度计算分析。

岩石节理剪切渗流盒用于放置试样，试验盒包括：由包含中空腔的橡胶垫层、不连续刚性加压板、可调节螺母、进水口、侧向挡板、上侧加压板、下侧加压板、出水口、上侧挡板、下侧挡板所组成的内部压剪系统与外部框架结构；试验盒中部为包含中空腔的橡胶垫层，内部构成用以放置试样的空间；侧面不连续刚性加压板可对试件进行整体或局部侧向加压；上下两侧设置上侧加压板与下侧加压板，共同作用以提供竖直方向的加压；上侧加圧板上设置进水口，下侧加圧板上设置出水口，渗流试验时可提供有一定压力水头的水流。

岩石节理剪切渗流加载结构用于给试样加载力的作用，包括轴向加载、切向加载、水压加载，轴向加载结构用于给试样加载轴向力，切向加载结构用于给试样加载剪切力，水压加载结构用于给试样注水，产生试样试验所需的水压和所需的流量。

节理面剪切破坏过程声发射监测仪，由于结构面剪切破坏过程中应变能将以弹性波的方式快速释放，产生次声波、声波或超声波，即声发射现象。因此采用声发射监测仪对剪切过程中声发射活动的监测有助于结构面破坏特性的研究。声发射监测仪利用声音在介质中传播，将探头粘贴在试样上，当试样剪切内部出现破裂或有裂隙产生的时候会有震动，即声音，当震动传播到不同探头的距离不同，时间不同，根据时间与距离测出破裂点的位置，即实现破裂点的定位。

本申请实施例还提供了一种研究节理面剪切渗流耦合机理的分析方法，如图1所示，该方法包括：①标准岩石节理面、粗糙岩石节理面的获取方法；②三维岩石节理面表面特征的表达方法，包括节理面粗糙度和表面分形特征的计算、联合分析方法；③类岩石材料配制、模具制作以及试验方案设计方法；④岩石节理面和节理面试样的制作方法；⑤岩石节理面剪切试验和声发射监测方法；⑥试验数据统计分析和声发射三维定位联合分析；⑦试样节理面剪切破坏前后三维激光扫描，应用节理面剪切前后的分形特征来表征岩石节理面剪切破坏规律；⑧应用节理面的分形维数来表征岩石节理面的水力耦合机制。

1岩石节理面预制方法

采用石膏等柔性复合材料拓取印制天然岩石节理面表面形态，并制作天然岩石节理面复制模具，利用所述岩石节理曲面模具制作若干与所述天然岩石具有相同表面形态和力学参数的类岩石材料试样；

所述“采用石膏等柔性复合材料拓取印制天然岩石节理面表面形态，并制作天然岩石节理面复制模具”包括：采用石膏等柔性复合材料拓取天然岩石节理面表面形态，采用激光扫描仪对拓取的节理表面进行扫描，扫描精度为0.25mm，建立节理表面数值模型，结合类岩石材料力学性质参数进行等比例缩小，建立适当尺寸的数值模型，采用激光雕刻的方法，根据所述数值模型离散数据点制作岩石节理曲面模具，为制作符合相似理论的类岩石材料试验提供模具条件。

2基于三维激光扫描的岩石粗糙度计算方法

如图2所示，包括反射器1、激光脉冲发射器2和岩石节理面3。通过geomagicqualify12软件对扫描后的节理面进行三维定位，获取天然节理面的三维点集。再用matlab软件将天然节理面的三维点集的z坐标进行提取，获得z值组成的矩阵。通过计算z值组成的矩阵中，每一列的坡度均方根z2来计算节理面的粗糙度系数。

坡度均方根计算公式如下：

得到每一列的坡度均方根z2之后，用其进一步计算每一列节理曲线的粗糙度系数jrc值。计算公式为：

②节理面表面分形特征的计算

采用上述基于三维激光扫描的岩石节理面粗糙度计算方法，利用三维激光扫描仪对天然岩石节理面进行激光扫描，扫描精度为0.25mm。扫描完成后对扫描得到的岩石节理面进行处理，切除其边缘的部分防止局部破碎引起的误差。通过geomagicqualify12软件对扫描后的节理面进行三维定位，获取天然节理面的三维点集。再用matlab软件将天然节理面的三维点集的坐标进行提取。利用立方体覆盖法进行节理面表面分形维数的计算。计算过程及公式如下：

在平面xoy上存在尺度为δ的正方形网格，网格的4个角点的高度分别为h(i,j)、h(i,j+1)、h(i+1,j)和h(i+1,j+1)(其中1≤i,j≤n-1，n为每个边的测量点数)。用边长为δ的立方体对粗糙表面进行覆盖，则该区域内覆盖粗糙表面所需的立方体总数ni,j为：

ni,j＝int{δ^-1[max(h(i,j),h(i,j+1),

h(i+1,j),h(i+1,j+1))-min(h(i,j),

h(i,j+1),h(i+1,j),h(i+1,j+1))]+1}

式中int为取整函数。然后计算整个区域上的立方体总数：

改变测量尺度，再次计算立方体总数n，根据分形理论，覆盖立方体总数n(δ)与测量尺度δ之间存在如下关系式：

n(δ)～δ^-d

分形维数d的计算公式可以写成：

3模具制作方法

类岩石材料配置方法

首先对天然岩体进行现场取样，通过钻孔取样机钻取10cm长、直径5cm的圆柱形岩石试件。用位移控制方式对天然岩体进行单轴与三轴压缩试验，获取其应力应变曲线。然后用单轴抗压强度、泊松比、弹性模量三个指标作为控制指标，用白色硅酸盐水泥、石英砂、石膏、水四种材料进行配比模拟天然岩体的这三项指标。通过提高水泥的用量来提高单轴抗压强度的大小，通过提高石英砂的用量来减小泊松比，通过提高水的用量与减少水泥的用量来降低弹性模量，另外，在配比中加入少量石膏提高材料的初凝速度。

试验方案设计方法

节理面模具设计及制备，根据所述类岩石材料配制方法进行材料配比的确定，按照材料配比称量材料制作试件并养护，圆柱形试件成型后进行单轴压缩试验与直剪试验确定材料的各项物理力学参数，然后使用剪切试验机对完整类岩石材料试件进行直剪试验。

4岩石节理面和节理面试样的制作方法

根据试验规程及方法现场采集岩体，将采集的岩样加工，采用巴西劈裂法将原岩劈裂形成自然节理面，然后将原岩作为特定粗糙节理面制作不同粗糙度的类岩石材料粗糙节理面试样。组装模具，模具的粗糙表面用来生成裂隙面，将节理面试样分为a、b两部分，在放置岩石节理面试样a的模具内倒模搅拌好的类岩石材料，制作试样b部分，等到硬化成型拆模后，以b部分试样放在磨具内进行倒模类岩石材料制作a部分。

5岩石节理面剪切试验和声发射监测方法

剪切试验：将制作好的完整岩石节理面试样放入节理剪切盒内，利用岩石节理剪切加载结构进行加压，包括轴向加载和切向加载。实验中，根据不同分析因素和要求，对同一结构面形貌的试样进行控制变量下的直接剪切试验，首先按照荷载控制方式对试样施加法向荷载至预定法向荷载，并在竖直方向固定剪切试样，在法向荷载施加结束后，按照位移控制方式进行直接剪切试验，加载速率按照设定速率进行施加，通过切向位移控制试样剪切过程。试验过程中，实验系统自带控制软件实现剪切位移-荷载曲线的采集。

声发射监测方法：在结构面试件的不同方位安置探头传感器，对传感器安置位置试样表面进行适当打磨，并在传感器与试样之间涂抹适量耦合剂，以保证两者之间有较好的接触。与一般岩石破裂不同，节理面剪切破坏主要相关于剪切破裂能。声发射监测系统包括声发射探头4，接缝表面5和岩石6，声发射探头的布置所构成的倾斜面应与破裂面形成小于15度的锐角角度，以便准确获取破裂源的位置。声发射探头如图3所示，基于稳健算法捕捉和定位节理面表面和节理壁面岩石的破裂源信号。

实验前采用hb铅芯断铅试验确定传感器的耦合质量。然后进行加载，加载过程中产生裂隙后会有声波，声波在介质中传播会有不同的速度，所以剪切破坏点产生的声波到达不同探头的速度也不同，监测到的时间也不同，根据速度跟时间的关系求出定位，速度×时间＝距离，可计算出不同破坏点的距离，一般三个探头可以定位不同的点。

声发射监测仪的数据与剪切试验机的数据同步，由此便可以将节理面的宏观力学特性与细观破坏过程结合起来，分析节理面破坏演化机理。具体操作为将剪切试验机的edc控制器的信号输出模块与声发射监测仪的信号采集通道连接起来，剪切开始时，声发射通过接收edc控制器传来的电压信号，来触发声发射采集系统，得到与剪切试验机中时间、位移、负荷等相一致的数据，从而实现岩石剪切试验系统与声发射监测仪的数据同步，具体操作如图4所示。

①:剪切试验机的数据采集系统开始采集节理压剪宏观力学性质，包括剪切应力-剪切位移曲线，法向应力-剪切位移曲线，法向位移-剪切位移曲线等。

②:剪切试验机数据采集系统的edc控制器同步输出电压信号至声发射系统，声发射系统和数据采集系统同步监测剪切试验机的压剪试验过程。

③:剪切盒结构、剪切试样声发射探头安装和试验破裂信号数据采集。

6实验数据统计分析和声发射三维定位联合分析

基于剪切试验结果，采用控制变量，在其他条件不变的情况下，分析加载过程中的峰值强度的变化规律以及剪切应力-位移曲线的变化形式，曲线四个阶段分别为压密阶段、弹性阶段、塑性阶段以及残余破坏阶段，不同剪切阶段会有不同声发射监测的表现形式，大概在塑性阶段时声发射信号更明显一些，根据不同表现形式进行剪切破坏过程的分析。

根据结构面试样受剪过程中声发射计数和声发射能量率随剪切位移和时间的演化规律，获得不同的监测曲线，根据岩石剪切破坏声发射监测过程曲线可知，岩石破损声发射演化过程一般经历四个重要转折点：初始发射、临界失稳、聚能和破坏，对应不同的剪切阶段，联合分析节理面试样剪切破坏演化过程。

7试样节理面剪切破坏前后三维激光扫描，应用节理面剪切前后的分形特征来表征岩石节理面剪切破坏规律。

节理面剪切前利用三维激光扫描仪对岩石节理面进行激光扫描，根据上述基于三维激光扫描的岩石节理面粗糙度和分维计算方法，获得节理面剪切前的粗糙度以及分形维数；在节理面剪切之后，根据节理面剪切后的形貌特征采取同样方法获取节理面剪切后的粗糙度和分形维数。通过节理面剪切前后的粗糙度和分形维数的变化研究岩石节理面的剪切破坏规律。

8应用节理面的分形维数来表征岩石节理面的水力耦合机制。

节理面特性(节理粗糙度、分形维数)在很大程度上影响和决定着岩体的力学和水力学性质，节理粗糙度直接影响岩石的剪切强度和渗流特性。

天然岩石裂隙面两侧的几何形状是相同的，如果裂隙两侧不产生相对位移，则开度为0或者等于很小的常量。在剪切力作用的影响下，节理面两侧的岩石将发生错动。在剪切破坏的岩石裂隙面上可以观察到擦痕，就是发生位错的证明。由于两个几何形状相同的粗糙面发生位错，裂隙将由吻合状态变为以复杂开度为变量的裂隙，并伴随着剪胀现象和部分凸面被磨平，这也意味着节理面分形维数的改变。利用激光扫描仪对裂隙表面扫描可测得节理裂隙表面起伏状况，应用坐标的函数来描述裂隙表面高程来反映裂隙表面起伏形状，上下裂隙表面的形函数共同反映节理面裂隙开度的变化情况。因此利用分形维数变化规律，可进行水力耦合机制研究。

分形维数可以表征粗糙面起伏高低之间的比例大小，能够充分表示出岩石节理面粗糙和曲折特性。将表征节理表面粗糙特性的分形维数引入节理面水力开度的计算公式中，在考虑接触面积影响的基础上，根据节理面的分形特性，应用分形维数修正下的节理水力开度计算公式

在分形概念中，曲面维数为2～3，因此该修正的节理水力开度计算公式用(d-2)结合平均开度来描述节理面曲折效应，并同时考虑了接触面积影响。由公式可知，当节理的粗糙性越大，分形维数越大，bn与<b>之间的差值也越大。分形修正公式引入结构面分形特征来修正结构面的渗透性质，能更好地描述节理面剪切过程中渗透性质的变化规律，较真实地反映节理面粗糙形态对渗流产生的影响，从而更好地计算水力开度，评价其渗透特性。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。