裂隙巖體非雙重介質(zhì)滲流模型研究現(xiàn)狀

何亞輝

摘要：滲流對裂隙巖體的影響很大，建立裂隙巖體滲流模型對裂隙巖體的滲流機(jī)理進(jìn)行研究至關(guān)重要，且雙重介質(zhì)模型工程適用性較好，因此本文著重探討裂隙巖體非雙重介質(zhì)滲流模型。現(xiàn)階段，裂隙巖體非雙重介質(zhì)滲流模型分為離散裂隙網(wǎng)絡(luò)模型、等效連續(xù)體模型和混合模型，在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要，選擇合適的裂隙巖體滲流模模型。此外，提出了現(xiàn)階段研究的不足及展望。

關(guān)鍵詞：裂隙巖體；滲流；模型；非雙重介質(zhì)

1引言

在巖體工程中，滲流問題尤為突出，諸如礦井涌水、山體滑坡、地面凹陷等。天然巖體經(jīng)各種復(fù)雜而不均勻的外力作用，結(jié)構(gòu)面發(fā)生剪切破壞，結(jié)構(gòu)面分布的隨機(jī)性使得裂隙巖體具有明顯的非均勻、不連續(xù)和各向異性等特征，因此進(jìn)行裂隙巖體滲流模型研究對研究裂隙滲流機(jī)理具有重要意義。由于非雙重介質(zhì)模型相對于雙重介質(zhì)模型工程適用性更高，本文著重研究費(fèi)雙重介質(zhì)模型。在前輩研究的基礎(chǔ)上，對裂隙巖體非雙重介質(zhì)滲流模型研究現(xiàn)狀進(jìn)行了探討，并對將來該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

2裂隙巖體非雙重介質(zhì)模型分類

模型的建立依據(jù)為不同的假設(shè)和適用條件，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的情況選擇不同的概念模型。一般來說，因等效連續(xù)體模型有較多的試驗(yàn)和理論基礎(chǔ)作為支撐，是目前研究和使用最多的模型。

2.1等效連續(xù)體模型

等效連續(xù)體模型可分為三種類型：多孔介質(zhì)模型、雙重介質(zhì)模型、隨機(jī)連續(xù)體模型。他們的原理不盡相同。

2.1.1多孔介質(zhì)模型

多孔介質(zhì)模型主要思想：忽略單個裂隙的結(jié)構(gòu)，假設(shè)裂隙由大量相互聯(lián)通的多孔介質(zhì)組成，使在平均意義上和統(tǒng)計的角度研究和描述其每個點(diǎn)的性質(zhì)更加方便。實(shí)質(zhì)上就是將孔隙和裂隙簡化為數(shù)量很多的多孔介質(zhì)，這樣，孔隙度、滲透性等參數(shù)的估計難度就相對降低了。

2.1.2雙重介質(zhì)模型

雙重介質(zhì)模型主要思想：裂隙是流體的最主要的傳輸通道，多孔基質(zhì)是流體的主要儲存空間，裂隙的滲透性和多孔基質(zhì)的孔隙度比多孔基質(zhì)的滲透性和孔隙度大得多。兩個滲流的研究系統(tǒng)之間相互獨(dú)立，但是又存在聯(lián)系，在進(jìn)行滲流分析時，既需要孔隙的參數(shù)又需要裂隙的參數(shù)。

2.1.3隨機(jī)連續(xù)體模型

隨機(jī)連續(xù)體模型主要思想：把裂隙巖體以一個以非參數(shù)指標(biāo)地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)為理論基礎(chǔ)的單體隨機(jī)模型替代，經(jīng)現(xiàn)場水文地質(zhì)實(shí)驗(yàn)得到模型的參數(shù)的統(tǒng)計性質(zhì)。該模型的實(shí)用性很高，使用此模型的時候，關(guān)鍵要點(diǎn)在于測量試驗(yàn)的尺度。

2.2離散裂隙網(wǎng)絡(luò)模型

雖然過去的研究廣泛使用連續(xù)體滲流模型，但對有些表征體積單元不存在或存在很大表征體積單元的研究領(lǐng)域。為了克服這個缺陷，有人提出了離散裂隙網(wǎng)絡(luò)模型來模擬裂隙巖體。離散裂隙網(wǎng)絡(luò)模型的主要思想為：所有的流體在所設(shè)定的網(wǎng)絡(luò)中流動，根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)生成裂隙網(wǎng)絡(luò)，輸入邊界條件，求解所生成的網(wǎng)絡(luò)中的滲流，進(jìn)而得到計算結(jié)果。由于無法對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行完整的模擬，所以網(wǎng)絡(luò)的設(shè)定采用統(tǒng)計學(xué)的方法，離散裂隙網(wǎng)絡(luò)模型具有仿真性高、精度好等優(yōu)點(diǎn)。

2.3混合模型

混合模型模型的設(shè)計出發(fā)點(diǎn)是為了揚(yáng)長而避短，結(jié)合等效連續(xù)體模型和離散裂隙網(wǎng)絡(luò)模型的長處，克服離散模型在孔隙多時工作量大的特點(diǎn)。該模型的主要思想：對于裂隙密度較大的區(qū)域使用等效連續(xù)體模型，裂隙密度較小的區(qū)域使用離散裂隙網(wǎng)絡(luò)模型。

3存在的問題及展望

現(xiàn)階段分析裂隙巖體滲流模型時連續(xù)介質(zhì)模型經(jīng)驗(yàn)較為豐富，大多使用等效連續(xù)介質(zhì)模型，但等效連續(xù)介質(zhì)模型的選用是一個有爭議的問題，其有效性不能得到保證。在裂隙巖體滲流的研究中，還應(yīng)考慮溫度場、應(yīng)變特性和應(yīng)力對滲流的影響作用，建立裂隙巖體相應(yīng)的應(yīng)力一滲流耦合模型以及溫度一滲流耦合模型，這應(yīng)當(dāng)是今后裂隙巖體滲流研究的一個熱門方向。