岩体裂隙连通路径及岩体等效渗透张量参数研究
Study on Connected Path of Rock Fracture and Equivalent Permeability Tensor Parameters of Rock Mass
- 防灾减灾工程学报 2020年40卷第5期 页码：789-795
- 作者机构：
1.南京理工大学土木工程系，江苏 南京 210094
2.中核集团核工业北京地质研究院，北京 100029
3.南京大学地球科学与工程学院，江苏 南京 210093
- 作者简介：
王鑫永(1995-)，男，硕士研究生。主要从事岩石力学、地下工程方面的研究。Email：wangxy7932@126.com
章杨松(1962-)，男，教授，博士。主要从事岩石力学及隧道工程方面的研究。Email：zysnj318@126.com
- 基金信息：国防部科技重点项目（科工二司 [2015] 297号）资助
DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.2020.05.014
中图分类号： TU42;P641收稿：2018-09-19，
修回：2018-10-25，
纸质出版：2020-10-15
- 稿件说明：
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王鑫永,王锡勇,章杨松等.岩体裂隙连通路径及岩体等效渗透张量参数研究[J].防灾减灾工程学报,2020,40(05):789-795.
WANG Xinyong,WANG Xiyong,ZHANG Yangsong,et al.Study on Connected Path of Rock Fracture and Equivalent Permeability Tensor Parameters of Rock Mass[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2020,40(05):789-795.
王鑫永,王锡勇,章杨松等.岩体裂隙连通路径及岩体等效渗透张量参数研究[J].防灾减灾工程学报,2020,40(05):789-795. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.2020.05.014.
WANG Xinyong,WANG Xiyong,ZHANG Yangsong,et al.Study on Connected Path of Rock Fracture and Equivalent Permeability Tensor Parameters of Rock Mass[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2020,40(05):789-795. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.2020.05.014.
摘要
在高放核废料的处置中，掌握地下水在裂隙岩体中的渗流规律是当下的关键问题。以甘肃北山岌岌槽一测区为工程背景，通过现场数据测得的裂隙统计参数，应用编制的MATLAB语言程序生成全局域内的离散裂隙网络模型，将三维裂隙以圆盘模拟并简化为变截面圆管单元渗流网络，为考虑边缘效应以圆管作为单元体切割基准。通过比较随单元体尺寸增大的三个方向上的等效渗透系数变化趋势得到表征单元体REV，并在该单元体中计算渗透张量以及应用Dijkstra算法识别对应边界方向的最优路径。结果表明：该测区的渗透系数最值分别为3.62e
-6
m/s与9.19e
-7
m/s，水平向渗透性最小，竖直向附近最大，基本符合工程实际。
Abstract
In the disposal of high-level nuclear waste， mastering the seepage law of groundwater in fractured rock mass is a key issue at present. With the engineering background of a surveying area in Gansu Beishan， the discrete fracture network model in the global domain was generated using the MATLAB code based on the statistical parameters of fracture properties measured by field data. The three-dimensional disc-shaped fractures are modeled and simplified as channel element network with variable cross-sections， and each channel element is cut in the research cube for the consideration of the edge effect. Then the Representative Element Volume （REV） is characterized by comparing the trend of the equivalent permeability coefficient in three directions which changes as the size of research cube is getting larger； the permeability tensor is calculated and the optimum path of the corresponding boundary direction is recognized by use of the improved Dijkstra algorithm in this REV cell. The results show that the maximum and minimum values of the permeability coefficient of the measured area are 3.62e-6 m/s and 9.19 e-7 m/s， respectively， which has the lowest permeability in horizontal plane and the highest one around the vertical direction， and this results are basically in line with the actual project. All these programming ideas and simulation results can provide a reference for solving related engineering problems.
关键词
Keywords
references
Alghalandis Y F . Adfne： open source software for discrete fracture network engineering， two and three dimensional applications ［J］. Computers & Geosciences ， 2017 ， 102 ： 1 - 11 .
Karimzade E ， Sharifzadeh M ， Zarei H R ， et al . Prediction of water inflow into underground excavations in fractured rocks using a 3D discrete fracture network （DFN） model ［J］. Arabian Journal of Geosciences ， 2017 ， 10 （ 9 ）： 206 .
纪成亮 ， 李晓昭 ， 王 驹 ， 等 . 裂隙岩体渗透系数确定方法研究 ［J］. 工程地质学报 ， 2010 ， 18 （ 2 ）： 235 - 240 .
Ji Ch L ， Li X Zh ， Wang J ， et al . Discrete fracture network model for hydraulic conductivity of fractured rock mass ［J］. Journal of Engineering Geology ， 2010 ， 18 （ 2 ）： 235 - 240 . （in Chinese）
罗 爽 ， 宋二祥 . 热储岩层单条裂隙换热概念模型的解及相关讨论 ［J］. 防灾减灾工程学报 ， 2017 ， 37 （ 4 ）： 627 - 635 .
Luo Sh ， Song E X . Semi-analytic solutions to thermal exchange conceptual models for a single fracture in a geothermal reservoir and related discussions ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2017 ， 37 （ 4 ）： 627 - 635 . （in Chinese）
宋晓晨 ， 徐卫亚 . 裂隙岩体渗流模拟的三维离散裂隙网络数值模型（I）：裂隙网络的随机生成 ［J］. 岩石力学与工程学报 ， 2004 ， 23 （ 12 ）： 2 015 - 2 020 .
Song X Ch ， Xu W Y . Numerical model of three-dimen-
sional discrete fracture network for seepage in fractured rocks（I）：generation of fracture network ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2004 ， 23 （ 12 ）： 2 015 - 2 020 . （in Chinese）
Zhang Q H . Finite element generation of arbitrary 3-D fracture networks for flow analysis in complicated discrete fracture networks ［J］. Journal of Hydrology ， 2015 ， 529 ： 890 - 908 .
王俊奇 ， 岳 潇 ， 李 闯 . 三维裂隙网络管单元模型确定岩体渗透张量 ［J］. 华北电力大学学报（自然科学版） ， 2015 ， 42 （ 1 ）： 104 - 110 .
Wang J Q ， Yue X ， Li Ch . Three-dimensional pipe element model in fractured rock mass for determining seepage tensor ［J］. Journal of North China Electric Power University ， 2015 ， 42 （ 1 ）： 104 - 110 . （in Chinese）
Xu C ， Dowd P . A new computer code for discrete fracture network modelling ［J］. Computers & Geosciences ， 2010 ， 36 （ 3 ）： 292 - 301 .
Vermilye J M ， Scholz C H . Relation between vein length and aperture ［J］. Journal of Structural Geology ， 1995 ， 17 （ 3 ）： 423 - 434 .
Klimczak C ， Schultz R A ， Parashar R ， et al . Cubic law with aperture-length correlation： implications for network scale fluid flow ［J］. Hydrogeology Journal ， 2010 ， 18 （ 4 ）： 851 - 862 .
Liu R ， Li B ， Jiang Y . A fractal model based on a new governing equation of fluid flow in fractures for characterizing hydraulic properties of rock fracture networks ［J］. Computers & Geotechnics ， 2016 ， 75 ： 57 - 68 .
Priest S D . Discontinuity analysis for rock engineering ［M］. London ： Chapman & Hall ， 1993 .
李海枫 ， 张国新 ， 朱银邦 . 裂隙岩体三维渗流网络搜索及稳定渗流场分析 ［J］. 岩石力学与工程学报 ， 2010 ， 29 （ 2 ）： 3 447 - 3 454 .
Li H F ， Zhang G X ， Zhu Y B . Three-dimensional seepage network searching of fractured rock mass and steady seepage field analysis ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2010 ， 29 （ 2 ）： 3 447 - 3 454 . （in Chinese）
狄圣杰 ， 汪明元 ， 邓南沙 ， 等 . 土石混合体REV尺度数值方法研究 ［J］. 防灾减灾工程学报 ， 2012 ， 32 （ 5 ）： 523 - 527 .
Di Sh J ， Wang M Y ， Deng N Sh ， et al . Numerical simulation study on rev’s measure of soil-rock mixture ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2012 ， 32 （ 5 ）： 523 - 527 . （in Chinese）
Chen S H ， Feng X M ， Isam S . Numerical estimation of REV and permeability tensor for fractured rock mas⁃ses by composite element method ［J］. International Journal for Numerical & Analytical Methods in Geomecha⁃nics ， 2010 ， 32 （ 12 ）： 1 459 - 1 477 .
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