裂隙介质的渗流问题多应用由达西定律延展出的局部立方和定律来描述,但裂隙面的粗糙和局部接触及其他原因导致非达西流出现即水力梯度与渗透流量之间呈非线性关系。国内外关于粗糙单裂隙中非达西渗流机理研究尚不完善。本文设计制作了粗糙单裂隙物理模型,在不同粗糙度构件的单裂隙中进行渗流试验,并基于纳维斯托克斯方程采用有限体积法对裂隙中的水流场进行数值模拟,探讨了粗糙单裂隙中非达西流产生的条件以及非达西流的特征,取得主要研究结果如下:1.粗糙单裂隙水流渗流呈非达西关系,可用Forchheimer和Izbash方程对渗流平均流速与水力梯度的关系进行描述,其中Forchheimer拟合效果较优;研究了裂隙面绝对粗糙度对Forchheimer拟合方程二次项系数(惯性项作用)的影响,发现二次项系数指数随着粗糙度的增加而变大。 　　 2.单宽流量与平均隙宽之间存在着两种幂指数关系:非吻合粗糙裂隙中,单宽流量与平均隙宽之间存在超立方定律关系,指数大小受粗糙度形状影响,趋势为三角形＞矩形＞梯形;吻合光滑裂隙中,单宽流量与平均隙宽之间存在次立方定律关系。　　 3.在非吻合粗糙裂隙中,水力梯度指数随着隙宽的增大而增大;在吻合光滑裂隙中,水力梯度指数随着隙宽的增大而减小。　　 4.各种粗糙裂隙的阻力系数随着雷诺数大小变化:随着雷诺数的增大,阻力系数呈先逐渐减小后保持不变的趋势。采用雷诺数和阻力系数曲线图判断线性区、非线性区,得出光滑裂隙面临界雷诺数大约在50-100之间,粗糙裂隙面临界雷诺数约在10-50之间。　　 5.速度和压力大小随绝对粗糙度的增加而变大,在粗糙突起处变化剧烈;同一绝对粗糙度下,由于粗糙形状的影响使得水流速度大小变化幅度和周期不一样,其中梯形结构对水流速度影响最大;同一粗糙度下,由于粗糙形状的影响使得压力大小变化显著,其变化趋势为三角形＞矩形＞梯形。　　 6.试验和数值模拟对比结果表明:裂隙段进出口压差和阻力系数的数值很接近,偏差约为10％、15％,其在可接受范围之内。