Page 46 - 水利学报2021年第52卷第4期

件导入 Photoshop，生成具有黑、深灰、浅灰、白四种色阶的图像，如图 1（b）所示。
将图像与实际裂隙面相应位置进行探针测量，测量结果表明白色裂隙基准面的下凹度为 0 ~ 0.15 mm，
浅灰色、深灰色及黑色区域下凹度分别为 0.15 ~ 0.45 mm、0.45 ~ 0.75 mm 及 0.75 ~ 1 mm。采用 Photo⁃
shop 软件进行统计计算，四种不同色阶区域占整个裂隙面的面积百分比分别为 51%、24%、17%和
8%。 将 4 种 不 同（白 、 浅 灰 、 深 灰 及 黑）色 阶 的 下 凹 程 度 分 别 按 0.075 mm、 0.300 mm、 0.600 mm、

0.875 mm 进行统计，即可得到 3 组不同孔隙介质裂隙面下凹面积百分比随下凹度的变化规律，如图 2
所示。由于多孔混凝土（孔隙介质）浇注工艺以及 Photoshop 数字化特点，使通过高像素数码相机成像
的粗糙裂隙面图像具有以下特点：粗糙裂隙面表面整齐，局部下凹，而且不同下凹区域的下凹程度
不同；3 个孔隙介质的裂隙基准面面积占 50%左右，远高于下凹部分面积；随着下凹程度的加大，其
所在区域逐渐减小。

图 2 不同孔隙介质裂隙面各色阶面积占比随下凹度的变化规律

孔隙介质的孔隙分布比较均匀，其裂隙面下凹分布相对均匀。针对这一构造特点，利用 MAT⁃
LAB 软件进行处理，不同下凹程度区域在整个裂隙面分布相对均匀，其三维裂隙面的每个标准剖面
的粗糙度取平均下凹度进行表征，沿裂隙水流流动方向随机生成该裂隙介质的裂隙结构面，数值化
后的孔隙介质 P-1 裂隙面示意图如图 3 所示。如图 3 所示，多孔混凝土的浇筑特点导致其裂隙面呈现
表面整齐、局部下凹的粗糙形态，引入裂隙面下凹度 φ 来表征裂隙面的粗糙程度。
采用等效均质方法，选取各色阶区域面积占比与其平均下凹程度乘积之和来表征整个裂隙面下
凹程度，如白色区域的面积百分占比为 a（平均下凹 0.075 mm），浅灰色区域面积百分占比为 b（平均下
凹 0.300 mm），深灰色区域面积百分占比为 c（平均下凹 0.600 mm），黑色区域面积百分占比为 d（平均
下凹 0.875 mm），则其裂隙面下凹度 φ 由下式计算：
φ = 0.075a + 0.300b + 0.600c + 0.875d （1）
故该第一组孔隙介质 P-1 的下凹度 φ 为 0.282 mm，同理可得到另外两种孔隙介质裂隙面下凹度
为 0.300 mm 和 0.324 mm。

图 3 孔隙介质 P-1 裂隙面示意（单位：mm）

3 试验论证

3.1 试验装置及材料 裂隙渗流试验系统包含水循环控制系统、数据采集系统和试验模块 ［44］ ，如图
4 所示。水循环控制系统确保供水循环使用，且控制上、下游水箱水头；数据采集系统采集试样内部
水压、水温和流量等的实时数据。试验模块由一个长 1200 mm、宽 300 mm、高 500 mm 的多孔混凝土

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