岩体裂隙网络模拟及其渗透性质研究

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岩体中含有大量的裂隙,各种不同尺度的裂隙的自身性质及其分布状况既是控制岩体变形与稳定的决定因素,也决定了岩体的水力学性质。由于裂隙网络空间结构的复杂性,因此,目前基于岩体裂隙网络模型的水力学性质评价成为一种科学地反映岩体空间渗透特性的有效工具。然而,岩体离散裂隙网络模型的建立以及岩体水力学性质评价中存在着很多尚未解决的问题,例如:如何基于一系列合理的假设条件,建立能够合理地反映岩体空间结构的裂隙网络模型;如何解决建模过程中的一系列不确定性因素,比如裂隙的隙宽难以测量的问题;如何验证裂隙网络渗流模型的计算结果的有效性等等。   本文的主要工作在于解决如何建立能够反映岩体真实空间结构的裂隙网络模型,并合理地评价裂隙岩体的渗流性质。基于这一出发点,本文提供了用于建立裂隙网络模型、评价裂隙岩体渗流性质的一个系统的思路并编写了相关程序。   首先,本文引入了用于对裂隙按产状进行分组的“修正一级模”方法,对该方法进行了详细的论证,并将该方法用于连云港疏港隧道后云台山隧道工程,证明了其有效性,并对其存在的问题进行了讨论。   第二,对建立裂隙网络模型所需的裂隙几何要素的确定方法进行了详细的论证。基于各组裂隙几何要素的统计特征值,本文详细介绍了运用Monte-Carlo随机模拟方法建立随机裂隙网络模型的思路,并引入了逆建模方法确定裂隙三维密度的方法,以便对各组裂隙的三维密度进行修正,使模拟更符合实际。本文以中国高放废物处置库甘肃北山项目为依托,编写了Joint-Net程序,建立了反映甘肃北山预选区旧井地段3#孔周围裂隙岩体的离散裂隙网络模型,为该区域裂隙岩体渗流性质评价做了准备。   第三,基于连通的离散裂隙网络模型,构建了管状网络渗流模型,从而大大提高了计算速度。通过基于管状网络模型的计算,确定了裂隙岩体的渗流REV以及空间渗透张量。基于该思路,运用自行编制的Joint-Net程序,对中国高放废物处置库甘肃北山预选区旧井地区3#孔附近裂隙岩体进行了渗流性质分析,研究结果较好地反映了该区域裂隙岩体的渗透特征。   第四,本文结合钻孔电视资料以及离散裂隙网络模型,建立了“随机-确定”相结合模型,并通过运用该模型反演钻孔压水实验过程的方法,对渗流计算模型中裂隙的导水系数值进行了标定,从而解决了野外裂隙隙宽难以准确测量给渗流计算带来的困难,为合理地确定裂隙岩体的渗透张量提供了科学的方法。
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