基于分形理论的三维岩体裂隙网络非线性渗流机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51709260
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0905.水工岩土工程
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Rock fracture network is the main paths of fluid flow and contaminant transport, and its permeability plays an important role in the safety assessment of deep underground engineering. This work extensively investigates the nonlinear flow and fractal properties of three-dimensional rock fracture networks by applying theoretical analysis, flow test, and numerical simulation. First, based on the fractal scaling law and the 3D printing techniques, both the experimental and numerical models of three-dimensional rock fracture networks are constructed, and by sealing the models using the inflow and outflow tanks, high accuracy testing system and method are established. Second, a set of nonlinear governing equations of fluid flow in three-dimensional rock fracture networks are solved using a self-developed code on the basis of the rank-one inverse Broyden quasi-Newton method. Finally, the mathematical relationships between permeability of three-dimensional rock fracture networks and geometric parameters are proposed, and the conditions for predicting the onset of nonlinear flow are suggested. The expected results have important theoretical meanings and can provide valuable technical supports for the design, excavation and management of underground projects.
岩体裂隙网络是流体流动和污染物运移的主要载体,其渗流特性是评估深部地下工程安全性的重要参数。本项目拟采用理论分析、室内试验和数值模拟相结合的方法,对三维空间中裂隙的几何分布特征及非线性渗流特性进行深入研究。首先,基于分形理论和3D打印技术重构复杂三维岩体裂隙网络试验物理模型和数值模型,施加进出口密封装置,建立三维岩体裂隙网络高精度渗流试验系统和试验测试方法;其次,基于逆Broyden秩1拟牛顿迭代法自编程序求解三维岩体裂隙网络非线性渗流方程组,建立复杂三维岩体裂隙网络非线性渗流计算平台;最后,建立三维岩体裂隙网络渗透系数与裂隙网络几何参数之间的数学关系,提出复杂三维岩体裂隙网络非线性渗流判据及预测方法。项目预期成果具有重要理论意义,并可对工程设计、施工和管理提供借鉴。

结项摘要

岩体裂隙网络是流体流动和污染物运移的主要载体,其渗流特性是评估深部地下工程安全性的重要参数。本项目拟采用理论分析、室内试验和数值模拟相结合的方法,对三维空间中裂隙的几何分布特征及非线性渗流特性进行了深入研究。首先,基于分形理论和3D打印技术重构复杂三维岩体裂隙网络试验物理模型和数值模型,施加进出口密封装置,建立了三维岩体裂隙网络高精度渗流试验系统和试验测试方法;其次,自编程序求解三维岩体裂隙网络非线性渗流方程组,建立了复杂三维岩体裂隙网络非线性渗流计算平台;最后,建立了三维岩体裂隙网络渗透系数与裂隙网络几何参数之间的数学关系,提出了复杂三维岩体裂隙网络非线性渗流判据及预测方法。项目预期成果具有重要理论意义,并可对工程设计、施工和管理提供借鉴。.在IJRMMS等期刊发表论文30篇, 国家发明专利授权或公开7项(第一6项);刘日成研究员入选中国科协青年人才托举工程,获中国岩石力学与工程学会青年科技奖(金奖),担任日本学术振兴会特聘研究员、JRMGE期刊编委、CSRME日本分会秘书长。

项目成果

期刊论文数量(30)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(7)
Effect of shear direction change on shear-flow-transport processes in single rough-walled rock fractures
剪切方向变化对毛壁岩石单裂隙剪切流输运过程的影响
  • DOI:
    10.1007/s11242-020-01428-7
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Transport in Porous Media
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Richeng Liu;Na Huang;Yujing Jiang;Guansheng Han;Hongwen Jing
  • 通讯作者:
    Hongwen Jing
Special Issue: Fluid Flow in Fractured Porous Media
特刊:破裂多孔介质中的流体流动
  • DOI:
    10.3390/pr6100178
  • 发表时间:
    2018-10
  • 期刊:
    Processes
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Richeng Liu;Yujing Jiang
  • 通讯作者:
    Yujing Jiang
不同侧压力系数下裂隙网络岩体非线性渗流特性
  • DOI:
    10.16285/j.rsm.2018.0018
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    岩土力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    尹乾;靖洪文;刘日成;苏海健;蔚立元;王迎超
  • 通讯作者:
    王迎超
The effect of joint dip angle on the mechanical behavior of infilled jointed rock masses under uniaxial and biaxial compressions
单轴和双轴压缩下节理倾角对充填节理岩体力学行为的影响
  • DOI:
    10.3390/pr6050049
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Processes
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Guansheng Han;Hongwen Jing;Yujing Jiang;Richeng Liu;Haijian Su;Jiangyu Wu
  • 通讯作者:
    Jiangyu Wu
Evolution of the permeability and pore structure of transversely isotropic calcareous sediments subjected to triaxial pressure and high temperature
三轴压力和高温作用下横观各向同性钙质沉积物渗透率和孔隙结构演化
  • DOI:
    10.1016/j.enggeo.2019.03.007
  • 发表时间:
    2019-04-10
  • 期刊:
    ENGINEERING GEOLOGY
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Meng, Tao;Liu, Richeng;Hu, Yaoqing
  • 通讯作者:
    Hu, Yaoqing

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其他文献

基于逆Broyden秩1拟牛顿迭代法的岩体裂隙网络渗流特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    岩土力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘日成;蒋宇静;李博;王肖珊;徐帮树
  • 通讯作者:
    徐帮树
岩体崩塌的早期预警方法与试验验证
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    煤炭学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杜岩;吴志祥;谢谟文;刘日成;陈晨
  • 通讯作者:
    陈晨
恒定法向刚度边界条件下三维粗糙节理面循环剪切力学特性
  • DOI:
    10.13722/j.cnki.jrme.2020.1128
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    岩石力学与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘日成;尹乾;杨瀚清;靖洪文;蒋宇静;蔚立元
  • 通讯作者:
    蔚立元
等效水力隙宽和水力梯度对岩体裂隙网络非线性渗流特性的影响
  • DOI:
    10.16285/j.rsm.2016.11.016
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    岩土力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘日成;李博;蒋宇静;蔚立元
  • 通讯作者:
    蔚立元
岩体裂隙网络非线性渗流特性研究
  • DOI:
    10.16285/j.rsm.2016.10.011
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    岩土力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘日成;蒋宇静;李博;蔚立元;杜岩
  • 通讯作者:
    杜岩

其他文献

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刘日成的其他基金

静动载作用下水力剪切刺激干热岩储层增透机理
  • 批准号:
    52379113
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
深部岩体三维裂隙网络高温-应力-渗流作用机理研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    60 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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