岩体三维裂隙网络旋转拟合确定渗透张量
发布时间：2020-03-19 01:53
【摘要】：岩体是一种极为复杂的地质构造体,其宏观水力学性质取决于岩体结构,主要受结构面分布特征及其组合形式控制。其结构面的大小、形态以及产状等在空间上分布的差异,使得岩体的渗透性具有非均匀性和各向异性的特点,这就决定了岩体的渗透分析是一个复杂且具有实际意义的研究课题。随着计算机技术的发展,利用计算机模拟技术来确定岩体的渗透特性,结合现场试验对比修正,在宏观层面上求得反映岩体各向异性的渗透张量,这种方法得到广泛应用。本文采用离散裂隙网络模型,将结构复杂的裂隙简化为管单元模型,使用两种方法对裂隙岩体渗透张量进行模拟计算。一种是利用定水头边界法,设置多个参数进行渗透张量的计算,这与以往采用的单参数模型更加接近岩体渗流的实际情况,提高了渗流分析的准确性;另一种是通过三维旋转研究域,利用反演法得到径宽比的最佳参数,通过各个方向的渗透系数拟合出渗透椭球从而确定渗透张量。在面单元模型方面,本文也做了一些基本研究工作,为以后实现面单元模型计算与管单元比较分析奠定基础。具体工作如下:在实际状况中,岩体中每组裂隙的大小都存在着差异,如果采用一个参数作为所有隙宽与管径的比值可能会造成计算误差偏大情况。本文在管单元简化的过程中根据裂隙组的数量设置多个参数作为每组裂隙的隙宽与管径比值,通过遗传算法确定这些参数的最优值,进而求得定水头边界条件下岩体的渗透张量。同时,也分析了在隙宽为定值情况下,两种计算方法在渗流计算方面的优劣。在管单元模型的基础上,利用渗透椭球来确定渗透张量是非常有效的方法,但在前人的研究中,隙宽与管径的比值的确定是采用定边界水头法反演得到,本文采用遗传算法,通过对椭球进行拟合从而对隙宽与管径的比值进行反演,确定隙宽与管径比值的最优值。在面单元的建立方面,初步确定了单一裂隙面上三角单元的划分方法,为以后复杂的裂隙结构网格划分提供有效方法。在渗流计算方面,总结了三角单元有限元计算方法,通过该方法可以确定节点水头以及流量,为以后在三维裂隙网络中的渗流计算做一定的准备。
【图文】：
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本文编号：2589515
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