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基于等效渗透张量的裂隙岩体典型单元体存在性研究

张辛  
【摘要】: 等效多孔介质模型是裂隙岩体渗流研究和工程应用的主要方法,应用此方法的重点在于确定合理的裂隙岩体渗流模型即典型单元体(REV)。本文利用非连续裂隙网络(DFN)软件,根据国际岩石力学协会对结构面的分类,分别讨论了各类裂隙岩体典型单元体(REV)的大小,并给出确定其存在性的一般方法。 于青春教授开发的岩体裂隙渗流非连续裂隙网络(DFN)软件FractureToKarst,它利用蒙特卡洛法,可生成任意需要二维裂隙网格,可以设定常见裂隙统计参数;可以对研究区域内有效裂隙进行筛选并自动离散,最后利用水量均衡原理计算出各节点水头及等效渗透系数。 国际岩石力学协会(ISRM)将岩体裂隙根据延展性分为五类,根据裂隙平均间距分为七类。利用FractureToKarst软件,根据ISRM分类,分别建立两组正交裂隙的岩体渗流模型。固定研究区域的长宽比为2和水力梯度为1,每旋转10度计算出一个等效渗透系数,每个研究区域可以得到36个方向等效渗透系数,从1.0×0.5米到100×50米中搜索出可以看作均质介质的区域,再讨论其方向等效渗透系数在极坐标下是否可以描述成一个渗透椭圆以及裂隙岩体的渗流特征是否可以用一个等效的对称二阶张量描述。从而确定此类裂隙岩体的典型单元体的存在性及大小。通过上述方法得出以下结论: 1、并不是所有裂隙岩体都可以找到典型单元体,典型单元体存在性与裂隙的条件有着密切的关系。 2、裂隙延展性小于1米的岩体中,只有平均间距小于0.2米时,此类岩体的REV才可能存在。 3、裂隙延展性在1-3米时,中等平均间距即间距在0.2米到0.6米的裂隙岩体的REV可以被找到。 4、裂隙延展性在10米到20米,平均裂隙间距小于4米的岩体中都可以找到REV。


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