Page 53 - 水利学报2021年第52卷第4期

是合理可行的，适用于下凹形态粗糙裂隙面的裂隙渗流研究，研究成果可为涉水混凝土结构裂缝渗
漏量估算提供理论依据。但本文拟合得到的修正系数公式和参数是基于下凹形态孔隙介质粗糙裂隙
面和光滑裂隙面所构成的裂隙，并不适用于所有形态粗糙裂隙，且未考虑正应力、剪应力、接触面
积及裂隙弯曲度对裂隙渗流的影响，存在一定局限性。

5 结论

本文针对下凹形态的粗糙裂隙面，引入下凹度参数来表征裂隙面的粗糙程度，结合裂隙开度对
立方定律公式进行修正，提出修正系数计算公式，具体结论如下：
（1）使用高像素照相机采集孔隙介质模块粗糙裂隙面的信息，结合 MATLAB 软件对裂隙面信息进
行数学处理，按下凹程度 0.075、0.300、0.600 和 0.875 mm 对粗糙裂隙面信息进行统计，得到孔隙介
质试验模块的各色阶区域面积占比随下凹程度的变化规律。
（2）提出用下凹度来描述下凹形态孔隙介质裂隙面粗糙度的方法。按裂隙面下凹度随机生成三组
孔隙介质粗糙裂隙面，上、下游水头为 1.00 m、隙宽 1.0 mm、水温 18 ℃时，修正后的裂隙介质出水
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量占比计算值与试验值的 MAE、RMSE 和 R 分别为 1.35%、1.06 × 10 和 0.995，与试验值更为吻合，
2
说明该方法适用于研究下凹形态孔隙介质裂隙面粗糙程度对裂隙渗流特性的影响。
（3）基于孔隙介质试验模块各色阶区域面积百分占比随下凹度变化规律，随机生成 13 个典型粗糙
裂隙面，引入相对下凹度，拟定立方定律修正函数公式，并拟合公式参数。当裂隙宽度 0.40 mm 时，
2
数值和修正公式计算得到的立方定律修正系数值平均绝对误差为 1.75%，R 和 RMSE 分别为 0.983 和
0.023；裂隙宽度为 1.00 mm 时，孔隙介质 P-1、P-2 和 P-3 对应修正系数值分别为 1.141、1.203 和
1.295，裂隙单宽流量计算值和试验值最大相对误差为 6.83%，MAE 和 RMSE 分别为 3.82%和 4.080 ×
2
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10 m /s。综上说明本文所提出的粗糙程度表征方法和立方定律修正公式是合理的，适用于下凹形态
粗糙裂隙渗漏量估算，具有应用前景。

参 考 文 献：

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