近年来随着核废料处理、天然气及CO2地下储存、压气储能、水利和采矿工程等大型深部地下岩体工程的兴建，高渗透压力作用下节理岩体的力学和渗流及其耦合特性是关系该类地下工程安全与否的关键因素。由于节理剪切-渗流耦合试验系统要实现高渗透压力（3MPa）条件下边剪切边渗流的过程，保证试验系统中剪切盒的密封性成为试验系统成功的技术瓶颈。本项目在国外同类型仪器研究的基础上，自主发展和研制全新的节理剪切渗流试验系统，系统主要包括部分：（1）剪切渗流盒及其密封系统；（2）渗流伺服控制系统；（3）主机和加载系统；（4）高精度测量和多通道伺服加载控制系统和（5）试验操作软件系统。据此，本系统精确地实现了在法向和剪切向多种加载边界条件的加载方式和控制问题，尤其实现了常法向刚度边界条件以及法向流变-渗流、剪切流变-渗流的加载方式，攻克了高渗透压和小流量的测量和控制技术，并解决了在3MPa渗透压力下，在节理剪切过程中上、下剪切盒具有法向和剪切位移（最大剪切位移20mm，即试件长度的10%）动态情况下岩石节理密封的关键技术难题，并初步应用于深部岩体工程中的节理剪切-渗流、剪切流变-渗流的试验研究。该试验装备是国内外首台能达到3MPa渗透压力的岩石节理剪切渗流仪器，填补了在较高渗透压力下岩石节理剪切达到峰值后直至残余强度整个过程中渗流试验和研究的空白。仪器的成功研制，将使我国在岩石节理水力学性质研究技术水平、方法和仪器达到国际领先水平，对促进我国节理力学和水力学特性基础前沿研究起到积极推动作用。 2100433B

节理的力学和渗流性质对岩体的力学和渗流性质起着支配作用，节理的力学和渗流性质存在相互的耦合作用，尤其是在剪切过程中，因此，高渗透压力作用下节理的剪切-渗流耦合性质是岩体力学和工程中迫切需要解决的关键科学问题，而岩石节理全剪切-渗流耦合试验系统是揭示这一科学问题的重要手段。虽然已有节理在不同法向应力下的渗流试验以及较低渗流压力下节理剪切位移后的渗流试验的研究成果，但是较高渗流压力下在节理剪切达到其峰值后的过程中进行的渗流试验和研究还是空白，主要是由于一直没有能在节理剪切过程中进行渗流试验的渗流剪切盒。本项目拟重点攻克高渗流压力下渗流剪切盒在剪切过程中的密封、高渗流压力和小流量的测量和控制、常刚度控制等技术关键，研制岩石节理全剪切-渗流耦合试验系统及相应的试验技术，为研究巷道、隧道、地下洞室、边坡等岩体工程中的科学问题提供仪器和技术支撑。

岩石节理渗流运动规律是岩石力学领域的基础科学问题，但节理的渗流规律及几何形貌对其影响机制仍未深入掌握。本项目以岩石节理复杂渗流规律为研究内容，开展考虑节理渗流机制的几何形貌表征方法研究。进行节理粗糙起伏、张开度、渗透梯度对其流量、流速、流态及临界雷诺数等渗流规律影响和渗透各向异性与尺寸效应的渗流试验。研究包括节理几何形貌建模、复杂渗流边界处理和高雷诺数渗流计算等的节理复杂渗流数值模拟方法，并开展几何形貌和渗流梯度等对其渗流规律影响的模拟分析。通过试验和模拟研究揭示节理几何形貌影响渗流规律的机制，应用岩石力学和流体力学等理论综合试验和模拟结果，建立考虑节理几何形貌影响的非线性渗流分析模型，为解决工程中裂隙岩体渗流规律评价问题提供理论方法。

项目按申请计划重点开展了考虑节理渗流机制的几何形貌表征方法、节理复杂渗流规律的粗糙起伏与开度控制机制、节理渗流规律的各向异性与尺寸效应和节理渗流运动数值方法及其模拟等方面的研究。通过研发仪器、理论建模、试验分析及数值模拟等手段进行了深入研究。在阐明岩石节理由线性层流到弱惯性流和非线性紊流的变化规律、节理几何形貌对其非线性渗流规律的控制作用、节理复杂渗流运动流态的判别条件、节理非线性渗流分析模型和岩石节理复杂渗流规律的数值分析方法等方面取得了较好进展，对涉及岩体渗透性评价的基础工程建设与管理提供了理论参考。在本项目的支持下，至目前为止共发表SCI论文17篇，EI论文3篇，核心及其他论文7篇，申请发明专利1项，获批软件著作1项。 2100433B

包括渗透性、渗流理论、渗流应力状态和渗流控制等。对大多数岩石假定岩石中的水流为层流，流速与水力梯度呈线性关系,遵循达西定律。岩石渗透性用渗透系数表示,该系数在室内用渗透仪测定，在野外用压水和抽水试验测定。渗流理论借流体力学原理进行研究。稳定渗流满足拉普拉斯方程。多数岩石内的孔隙（裂隙）水压力可用K.泰尔扎吉 有效应力定律计算。为了减小大坝底面渗透压力、提高大坝的稳定性，应当采取渗流控制措施，如抽水、排水、设置灌浆帷幕以延长渗流途径等。2100433B