Page 63 - 2021年第19卷第6期

别达到最小值 0 和 4×10 ；y方向的渗透系数 k 在倾角为 90°和 270°时分别达到最大值 9×10 和 1.2×10 ，
-5
-5
-4
yy
在倾角为 0°和 180°时分别达到最小值 0 和 4×10 ；k 在倾角为 45°、135°、225°和 315°时分别达到最
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xy
大值 3×10 （单边裂隙）和 6×10 （双边裂隙），在倾角为 0°、90°、180°和 270°时达到最小值 0。对于三
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-5
组裂隙，k 在倾角为 0°和 180°时达到最大值 1.3×10 ，在倾角为 90°和 270°时为次大值 9×10 ，在倾
-3
-4
xx
角为 60°、120°、240°、300°时为最小值 3×10 。k 在倾角为 60°、120°、240°、300°时达到最大值
-4
yy
1.8×10 ，在倾角为 0°和 180°时达到最小值 8.5×10 ；k 在倾角为 0°、90°、180°和 270°时达到最大值
-3
-4
xy
7.5×10 ，在倾角为 60°、120°、240°、300°时达到最小值 1×10 。
-4
-4
可见，岩体的渗透性与裂隙倾角和渗流的主方向相关，节理组的倾角与渗流主方向较为接近
时，该方向的岩体渗透系数较高，而与节理成一定角度相交的其他方向的岩体渗透系数较低，同时
裂隙组数的增多，会影响岩体各方向的渗透系数，即增加组数会增大渗透张量极值分布的均匀性。
3.2 间距 以倾角 60°为例，分别计算单组裂隙与双组裂隙模型在裂隙间距为 3 m、5 m、7 m 和 9 m
时的渗透系数，计算结果见图 5。
8 300 k xx
（cm/s） 7 6 5 y=22.731x -1.008 k xx （cm/s） 250 y=746.78x -1.039 k xy
k xy
2
R =0.9989
k yy
k yy
2
R =0.998
200
渗透系数×10 -6 / 4 3 2 y=13.078x -1.004 渗透系数×10 -6 / 150 y=42.279x -1.042 y=746.74x -1.039
2
R =0.9957
2
R =0.9944
100
2
2
R =0.9968
0 1 y=7.8089x -1.013 50 0 R =0.9977
3 4 5 6 7 8 9 3 4 5 6 7 8 9
节理间距/m 节理间距/m
（a） 单组裂隙的计算结果 （b） 双组裂隙的计算结果
图 5 渗透张量随间距的变化
由图 5 可知，当裂隙倾角为 60°时，随着裂隙间距增加，岩体的渗透系数呈幂函数降低趋势。单
组裂隙模型中，k 、k 、k 的系数分别为 7.8089、22.731 和 13.078，但三者的指数相差极小，表明在
yy
xx
xy
一定距离范围内，k 对裂隙间距变化的敏感性最强；k 受裂隙间距变化的影响最弱。双组裂隙模型
yy
xx
中，k 与 k 的系数分别为 746.78 和 764.74，二者受间距变化的影响较大，且变化规律基本一致；k xy
yy
xx
的系数为 42.279，其对间距变化的响应不明显。在一定的间距变化范围内，双组裂隙的渗透系数量
值大于单组裂隙，且变化幅度更大，表明裂隙组数的增多会提高渗透系数随间距变化的敏感性。
3.3 隙宽 研究表明，岩体内部结构面的张开度（隙宽）对岩体的透水性也有较大影响，这里分别计
算单组裂隙与双组裂隙模型在不同隙宽时岩体的渗透系数，计算结果见图 6。
140 70 k xx
（cm/s） 120 k xx 2 y=35.254x 2.9989 （cm/s） 60 k yy：y=17.074x 3.0255
k xy
k xy
k yy
k yy
50
100
渗透系数×10 -6 / 80 y=14.835x -16.898x+6.1693 R =1 渗透系数×10 -6 / 40 k xx：y=17.336x 2.9991 R =0.9994
y=43.487x -42.855x+13.26
2
2
2
R =0.9997
30
60
2
2
R =0.9996
20
40
2
R =1
10
20
0
0 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5
0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5
隙宽/mm
隙宽/mm
（a） 单组裂隙的计算结果 （b） 双组裂隙的计算结果
图 6 渗透张量随隙宽的变化
可以看出，岩体各渗透分量均随着隙宽的增加而增大，但表现出的变化形式有一定的不同。对
于单组裂隙模型，k 与隙宽基本呈现系数为 35.254 的幂函数关系（接近立方定理关系），表明其对隙
yy
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