渗流侵蚀型溶腔突水涌砂演化规律与灾变机制SPH分析

摘要

【目的】聚焦渗流破坏模式下的突涌水，揭示渗流侵蚀型溶腔突水涌砂的演化规律与灾变机制。【方法】采用光滑粒子流体动力学（smoothed particle hydrodynamics, SPH）方法，仿真研究渗流侵蚀型溶腔突涌水的灾变演化过程，系统讨论溶腔填充物质组成与级配、溶腔渗流压力与速度、溶腔填充密度与围压等三方面因素对突涌水灾变机制的影响规律。【结果】当填充介质中细颗粒含量较多时，颗粒级配不良，填充物流失呈突变型增长趋势，填充介质易被流体冲刷发生突涌水现象；当涌水流速增加时，颗粒总流失率整体上呈增大趋势；填充物颗粒流失率与涌水流速、围压呈正相关关系。当岩屑、细砂等细颗粒质量分数大于60%时，颗粒流失率随着围压的增加呈渐变增长趋势，随着涌水流速的增加呈突变增长趋势。【结论】渗流侵蚀型溶腔突涌水是岩溶填充物在渗流侵蚀作用下逐步被冲刷、运移，溶腔渗透性逐步增大并由缓慢量变发展到陡然突变的过程，以颗粒流失率作为判别依据符合渗流侵蚀型溶腔突涌水灾变发生机制。

关键词

溶腔突涌水 / 渗流侵蚀 / SPH / 质量流失率 / 颗粒流失率