[發明專利]基于裂隙網絡連通性的裂隙流的MODFLOW模擬方法

有效

• 申請號: 201810132933.4
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108399290B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 王晉麗;陳喜;常彥偉;張志才;康建榮;程勤波
• 申請（專利權）人: 河海大學;江蘇師范大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種基于裂隙網絡連通性的裂隙流的MODFLOW模擬分析方法，該方法通過利用Monte Carlo隨機模擬技術生成裂隙網絡，并且建立DFN模型，然后通過DFN和SC方法進行滲流分析。本發明在連續—非連續介質模型的構架內，將單條裂隙刻畫到有限差分網格，不但有效地保存下了裂隙流，同時還能應用傳統的地下水流模擬軟件如MODFLOW進行滲流計算，為裂隙巖體的滲流計算提供了一種簡單、實用的計算方法。

技術領域

本發明屬于裂隙巖體的滲流特性及其數值模擬，具體涉及一種基于裂隙網絡連通性的裂隙流的MODFLOW模擬方法。

背景技術

20世紀70年代以來，裂隙巖體的滲流特性及其數值模擬一直是國內外學者研究的熱點問題，隨著計算機技術的發展，數值方法越來越多地用于巖石工程問題。省時、省力、靈活、經濟是數值計算相比于理論分析和試驗手段所具有的優勢，而有效模擬巖體的結構特性，卻是巖石工程數值計算的前提和挑戰。天然巖體中存在大量的孔隙或裂隙，這些孔隙或裂隙不但改變了巖體的力學性質，也嚴重影響著巖體的滲透特性；它們不但具有非連續性、非均質性、各向異性，還具有多尺度效應。

等效連續介質模型(Stochastic Continuum,SC)假定裂隙巖體為服從達西流的均質多孔介質，不考慮單個裂隙的幾何結構；而離散裂隙網絡模型(Discrete FractureNetwork,DFN)中，考慮的是具有低滲透性基質的裂隙巖體，首先對研究區域巖體裂隙的現場測量和統計的基礎上生成隨機裂隙網絡，然后運用滲流連續性方程和立方定律對裂隙巖體進行滲流求解；連續—非連續介質模型一般將巖體視為等效連續介質(不考慮裂隙網絡)和裂隙網絡的疊加，分別對巖體滲流進行求解，然后再進行疊加。等效連續介質模型的優點是模型簡單、理論成熟、容易求解，適合于研究大范圍、裂隙分布密集的巖體滲流，而對于巖體典型單元體很大甚至不存在的研究區域或者需要研究某個特定小范圍、特定路徑的滲流行為時，該模型卻不適用，而離散裂隙網絡模型考慮的是具有低滲透性基質的裂隙巖體，對于基質滲透性較大的巖體模擬是不適用的，而且研究尺度較大，往往導致求解困難；連續—非連續介質模型從原理上能夠比較真實地刻畫滲流形態，但裂隙網絡和等效介質之間的水量交換往往難以確定。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術存在的不足，本發明提供一種基于裂隙網絡連通性的裂隙流的MODFLOW模擬方法。

技術方案：基于裂隙網絡連通性的裂隙流的MODFLOW模擬方法，包括如下步驟：

(1)建立二維裂隙網絡：通過Monte Carlo隨機模擬技術和Matlab程序生成二維裂隙網絡，包括生成裂隙網絡原圖、一級裁剪連通圖、二級裁剪連通圖和三級裁剪連通圖；

(2)DFN滲流模擬：利用立方定律求解Navier-Stokes方程計算滲流，包括對于完全飽和的、單相的、不可壓縮的層流，其計算表達式為：

其中，ΔH為裂隙端點的水頭差；

(3)SC滲流模擬：將長度為l、導水系數為T_f的裂隙畫到一個x-y的二維平面，使用地下水流數值模擬軟件如MODFLOW計算滲流；

(4)DFN和SC滲流分析：以DFN滲流作為度量標準，分析不同網格分辯率對SC滲流的影響。

進一步的，所述的步驟(1)具體包括如下步驟：

(11)確定跡線參數，所述的參數包括裂隙中心點(x₀,y₀)、跡線長度l和跡線方向θ(自x軸逆時針旋轉至跡線的角度)，建立跡線端點坐標(x，y)，所述的跡線端點坐標為：

端點坐標利用Matlab程序表示為：

x(1,:)＝p(1,:)+p(3,:)/2.*cos(p(4,:))