[發明專利]一種基于DFM模型的蓄水期庫岸裂隙巖體邊坡穩定性模擬分析方法、設備及介質

在審

• 申請號: 202210880719.3
• 申請日: 2022-07-25
• 公開（公告）號: CN115358111A
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 程志超;郭如杰;劉士奇;石安池;饒猛;孫淼軍;王松平
• 申請（專利權）人: 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 吉靖;劉曉春

本發明提供一種基于DFM模型的蓄水期庫岸裂隙巖體邊坡穩定性模擬分析方法、電子設備以及存儲介質，首先，對庫區裂隙巖體邊坡進行地質調查，獲取巖體及控制性裂隙結構面力學參數及滲透系數；其次，采用匹配型非結構化網格對庫區邊坡的有限元數值計算模型進行網格劃分，其中裂隙采用無厚度平面單元，巖石基質采用實體單元；然后，基于DFM模型，建立“裂隙面應力—裂隙開度—滲透系數”之間的耦合關系，并基于COMSOL Multiphysics軟件進行二次開發實現蓄水期庫岸裂隙巖體邊坡變形數值模擬，得到不同蓄水工況下的邊坡安全系數，實現蓄水過程中庫岸裂隙巖體邊坡穩定性的評價分析。本發明在考慮巖石基質滲透特性的同時，又可以顯式的模擬庫岸邊坡內的裂隙滲流特征。

技術領域

本發明屬于水利水電工程或巖土工程防災減災技術領域，具體涉及一種基于DFM模型的蓄水期庫岸裂隙巖體邊坡穩定性模擬分析方法、設備及介質。

背景技術

我國高壩大庫大多位于西南高山峽谷地區，經過河谷深切以及褶皺山系等地質構造作用，兩岸岸坡內普遍發育有斷層、層間以及層內錯動帶等軟弱結構面，極大增加了邊坡失穩的可能性。與完整巖塊相比，樞紐區大規模斷層和貫穿性的層內、層間錯動帶具有良好的透水性，是樞紐區地下水滲流的主干網絡，對水庫蓄水過程中地表水-地下水的交互以及樞紐區水文地質條件的演變起著關鍵性的控制作用。從地下水滲流場分析的角度考慮，當結構面法向與切線方向的尺寸比率遠小于1時，這些結構面可以被統稱為裂隙。因此，開展蓄水過程中裂隙巖體邊坡穩定性模擬分析具有重要的實際意義。

近年來，為了描述裂隙巖體的滲流應力耦合行為，國內外學者發展了不同的數學模型。按照裂隙巖體滲流特性的不同，可細分為等效連續介質(Equivalent Continuum，EC)模型、雙重介質(Dual Porosity，DP)模型、離散裂隙網絡(Discreted Fracture Network，DFN)模型和離散裂隙-基質(Discreted Fracture-Matrix，DFM)模型。EC模型不考慮裂隙的物理結構和幾何分布情況，而是將裂隙巖體等效為均勻連續介質，當巖層呈現較強非均質性或滲流路徑受控于主要裂隙時，該模型會產生較大的誤差。DP模型考慮了孔隙和裂隙之間的流量交換，且在一定程度上刻畫了裂隙的優先流現象。但在進行瞬態或者非恒定滲流分析時，孔隙介質和裂隙介質之間的流量交換難以確定。DFN模型雖然能夠真實地描述裂隙對巖體滲流特性的影響，但未考慮巖石基質的滲透特性以及基質系統和裂隙系統之間的流量交換?？紤]到上述三種模型的局限性，DFM模型應運而生，其在顯式模擬裂隙滲流特征的同時，又可以考慮巖石基質系統的滲透特性，適合模擬大尺度裂隙。且該方法將裂隙隱含到控制方程中，前處理時無需考慮裂隙開度，與裂隙精細化模擬相比，可有效降低網格離散難度，簡化求解過程，廣泛應用于裂隙巖體地下水滲流與溶質運移、地熱資源開發、非常規油氣開采等領域。

發明內容

本發明第一個目的在于，針對現有技術中存在的不足，提供一種基于DFM模型的蓄水期庫岸裂隙巖體邊坡穩定性模擬分析方法，以從裂隙滲流、巖體滲流和裂隙變形的角度揭示蓄水過程中庫岸邊坡變形及穩定性動態演化過程，并克服現有數值計算中裂隙巖體邊坡網格剖分困難的問題。

為此，本發明的上述目的通過如下技術方案實現：

一種基于DFM模型的蓄水期庫岸裂隙巖體邊坡穩定性模擬分析方法，其特征在于：所述方法包括如下步驟：

S1、獲取庫區裂隙巖體邊坡地質及控制性裂隙結構面信息，確定地層巖體及裂隙結構面空間分布、力學參數及滲透系數，建立庫岸邊坡幾何模型；

S2、將非連續的裂隙結構面離散為無厚度平面單元，地層巖體離散為實體單元，并采用離散裂隙-基質(DFM)模型理論對幾何模型進行有限元網格剖分；

S3、基于比奧有效應力原理及Barton-Bandis節理模型，建立“裂隙面應力—裂隙開度—滲透系數”之間的函數關系式，通過COMSOL Mulyiphysics二次開發實現庫岸邊坡蓄水過程中滲流應力耦合的數值求解；