巖體裂縫網(wǎng)絡(luò)的滲流計(jì)算及分形特性研究.pdf

1、巖體裂隙在天然巖體中無處不在，裂隙巖體的變形，強(qiáng)度，以及滲透性問題直接影響到巖土工程的施工，運(yùn)營，維護(hù)等問題。目前，國內(nèi)外對(duì)裂隙巖體的滲透性以及性狀等方面的研究已經(jīng)比較系統(tǒng)，然而對(duì)裂隙巖體的滲透規(guī)律以及其在工程實(shí)際中應(yīng)用的并不多。此外，天然巖體作為一種復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，其主要的滲透特性由巖體分布的裂隙分布密度，裂隙節(jié)理跡長，傾角，等因素共同決定。在研究裂隙巖體的滲透性規(guī)律的過程中，將分形維數(shù)作為描述巖體裂隙幾何分布的一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)，從而得到

2、等效滲透特性與分形維數(shù)之間的關(guān)系。
　　在本文的研究中，利用離散元軟件UDEC，以蒙特卡洛隨機(jī)法為基礎(chǔ)，建立隨機(jī)分布的二維離散元裂隙網(wǎng)絡(luò)模型。通過對(duì)模型施加兩類相互垂直的，獨(dú)立的線性邊界條件，計(jì)算分析已建立的巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)的滲透特性。
　　(1)基于蒙特卡羅法，利用已知的巖體裂隙幾何參數(shù)，如產(chǎn)狀，間距，密度，開度等已知的參數(shù)，建立離散巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，對(duì)已建立的裂隙網(wǎng)絡(luò)模型施加邊界條件，進(jìn)行滲透性計(jì)算。
　　(2)通過

3、數(shù)值計(jì)算該裂隙網(wǎng)絡(luò)在各個(gè)方向上的等效滲透系數(shù)，從而確定此裂隙網(wǎng)絡(luò)的合理的代表單元體積REV。在此計(jì)算的過程中，不考慮力學(xué)作用的影響，因此方向上的等效滲透系數(shù)在0°以及180°時(shí)是相等的。各方向的等效滲透系數(shù)可以通過各個(gè)旋轉(zhuǎn)模型進(jìn)行求出。隨著巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)邊長尺寸的增加，裂隙巖體的等效滲透系數(shù)趨近于一個(gè)常數(shù)，本文中，當(dāng)巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)的邊長尺寸超過40m時(shí)，裂隙巖體的等效滲透系數(shù)趨于不變，即該裂隙網(wǎng)絡(luò)模型合理的REV尺寸為40m。
　　(

4、3)根據(jù)等效滲透系數(shù)的計(jì)算結(jié)果，在極坐標(biāo)系中，運(yùn)用最小二乘法，將方向等效滲透系數(shù)的對(duì)應(yīng)值擬合成橢圓，即滲流橢圓，通過對(duì)滲流橢圓的計(jì)算得到相應(yīng)的滲透張量以及相應(yīng)的滲流主值，滲流方向。
　　(4)分形維數(shù)作為描述巖體中裂隙分布情況的衡量標(biāo)準(zhǔn)，與巖體中裂隙分布的諸多參數(shù)有關(guān)，如巖體裂隙的分布密度，巖體裂隙節(jié)理跡長等。在本文中，通過對(duì)裂隙網(wǎng)絡(luò)的分形特性的研究，尋找裂隙網(wǎng)絡(luò)分形維數(shù)與相應(yīng)的等效滲透系數(shù)之間的關(guān)系。計(jì)算中，通過改變巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)