基于MODFLOW的离散裂隙网络渗流分析

1

作者 王晋丽 陈喜 +2 位作者 张志才 康建荣 胡晋山 《中国岩溶》 北大核心 2025年第1期1-14,共14页

岩溶基岩裂隙水文研究考虑裂隙非均质和各向异性建模较难。裂隙-连续介质模型(FC)从原理上能够比较真实地刻画实际的渗流形态,是岩溶地区较理想的水文模型。基于裂隙空间形态及分布的统计特性,应用Monte Carlo模拟技术和图论,采用MATLA... 岩溶基岩裂隙水文研究考虑裂隙非均质和各向异性建模较难。裂隙-连续介质模型(FC)从原理上能够比较真实地刻画实际的渗流形态,是岩溶地区较理想的水文模型。基于裂隙空间形态及分布的统计特性,应用Monte Carlo模拟技术和图论,采用MATLAB程序生成二维裂隙网络原图及三级连通图,将第三级连通图映射到有限差分网格,建立离散裂隙网络(DFN)与MODFLOW相结合的FC渗流模型,编制相应的渗流模拟程序。复现交叉裂隙试验工况,及通过2个多裂隙算例分析有限差分网格分辨率以及裂隙死端对稳定渗流模拟精度的影响,以DFN渗流为准则,验证FC模型代码编写的正确性和有效性。结果表明:FC模型模拟的节点水头、总网格流、裂隙长度在粗网格的高估或低估,通过细化网格可大大消除这种影响,裂隙死端对FC模型的MODFLOW网格流模拟具有不可忽略的影响。本研究实现了裂隙渗透性非均质和各向异性在数值计算单元的表达,将促进对基于连通性的裂隙流的MODFLOW模拟理解。 展开更多

关键词 离散裂隙网络 连通性 MODFLOW 渗流 裂隙-连续介质模型

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基于三维离散裂隙网络的采场结构参数优化 被引量：4

2

作者 李成龙 王贻明 +2 位作者 张纯锋 付琛 张宏荣 《金属矿山》 CAS 北大核心 2024年第11期20-27,共8页

为保障深井矿山安全高效开采,以某铜矿为例,提出了一种基于节理裂隙的采场结构参数优化方法。首先,综合工程地质背景和Mathews稳定图法,实现采场结构参数初选;其次,借助COMSOL软件构建采场周围结构面的三维离散裂隙网络,通过与采场开挖... 为保障深井矿山安全高效开采,以某铜矿为例,提出了一种基于节理裂隙的采场结构参数优化方法。首先,综合工程地质背景和Mathews稳定图法,实现采场结构参数初选;其次,借助COMSOL软件构建采场周围结构面的三维离散裂隙网络,通过与采场开挖模型耦合,重构结构面影响下的采场三维模型;然后,采用FLAC^(3D)数值模拟计算,确定不同采场结构参数方案的安全性指标;最后,运用多目标理想点法综合决策,获得最优采场结构参数方案。研究结果表明:结构面组成的裂隙网络会降低采场的稳定性,二步骤矿柱回采的采场稳定性远弱于一步骤矿房回采;采场宽度是影响采场稳定性的关键因素,采场宽度与开挖后产生的最大位移和最大拉(压)应力呈正相关,与安全率呈负相关;采场结构参数也受采场形状影响,确定的采场面积存在对应的最优采场结构参数。综合考虑经济因素得到的最优采场结构参数为采场宽度10 m,采场高度15 m。 展开更多

关键词 采场结构参数 节理 离散裂隙网络 数值模拟 理想点法

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基于关键裂隙识别的离散裂隙网络骨架提取研究 被引量：1

3

作者 赵伟 张文康 +1 位作者 王涛 王志晓 《中国矿业》 北大核心 2024年第S01期409-413,共5页

离散裂隙网络可以用于模拟煤岩体的力学性能、渗流特性、热传导等多种物理过程,在很多领域都有重要的应用。离散裂隙网络骨架提取的实质是选取网络中较为重要的关键裂隙并将其串联起来。本文提出基于关键裂隙识别的裂隙网络骨架提取方法... 离散裂隙网络可以用于模拟煤岩体的力学性能、渗流特性、热传导等多种物理过程,在很多领域都有重要的应用。离散裂隙网络骨架提取的实质是选取网络中较为重要的关键裂隙并将其串联起来。本文提出基于关键裂隙识别的裂隙网络骨架提取方法,该方法首先进行关键裂隙的识别,在此基础上,构建连通的离散裂隙网络骨架。在关键裂隙识别方面,引入分解次数和分解因子,对传统K-shell算法进行了改进,解决了K-shell算法对不同裂隙重要性的区分度不足的问题,提升了关键裂隙的识别效果。在关键裂隙识别的基础上,提出一种离散裂隙网络骨架提取算法,该算法在不断选取重要裂隙的同时保证裂隙间的连通性,并且考虑了裂隙网络的入面和出面属性。离散裂隙网络数据集上的模拟实验结果表明,本文所提出的算法可以有效地实现离散裂隙网络的骨架提取。 展开更多

关键词 离散裂隙网络 关键裂隙 骨架提取 K-SHELL 连通性

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基于离散裂隙网络模型的节理岩体渗透张量及特性分析 被引量：17

4

作者 王培涛 杨天鸿 +3 位作者 于庆磊 刘洪磊 夏冬 张鹏海 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第S2期448-455,共8页

节理岩体几何结构非常复杂,研究其渗流特性对于指导含水岩层稳定性分析具有重要价值。应用离散裂隙网络模型DFN方法,基于VC++6.0软件平台,建立了平面渗流分析方法,分析了节理岩体不同几何分布情况下的渗透率张量特征,通过定义渗流定向... 节理岩体几何结构非常复杂,研究其渗流特性对于指导含水岩层稳定性分析具有重要价值。应用离散裂隙网络模型DFN方法,基于VC++6.0软件平台,建立了平面渗流分析方法,分析了节理岩体不同几何分布情况下的渗透率张量特征,通过定义渗流定向性系数对岩体渗流的定向性特征进行了定量分析。结果表明:单组节理岩体渗流具有明显的各向异性特征,渗流定向性随着节理角度变化显著;节理随着节理贯通性增加,节理渗透率呈现对数增加趋势;两组节理情况下,各向异性特征随着节理组间夹角变化;两组节理岩体渗流特征研究中,正交分布下,岩体仍存在各向异性,但渗流定向性系数较低;当节理倾角服从正态分布时,随着节理倾角标准差增大,渗透率增加;两组节理夹角不同时,节理渗透主方向倾角随着夹角增大而相应增大,基本沿两组节理夹角方向的角平分线方向。 展开更多

关键词 节理岩体 渗透张量 离散裂隙网络 定向性系数 各向异性

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基于离散裂隙网络模型的裂隙水渗流计算 被引量：10

5

作者 王晋丽 陈喜 +2 位作者 张志才 康建荣 高满 《中国岩溶》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期363-371,共9页

离散裂隙网络模型(Discrete Fracture Network(DFN))是研究裂隙水渗流最为有效的手段之一。文章根据裂隙几何参数和水力参数的统计分布,利用Monte Carlo随机模拟技术生成二维裂隙网络,基于图论无向图的邻接矩阵判断裂隙网络的连通,利用... 离散裂隙网络模型(Discrete Fracture Network(DFN))是研究裂隙水渗流最为有效的手段之一。文章根据裂隙几何参数和水力参数的统计分布,利用Monte Carlo随机模拟技术生成二维裂隙网络,基于图论无向图的邻接矩阵判断裂隙网络的连通,利用递归算法提取出裂隙网络的主干网或优势流路径。基于立方定律和渗流连续性方程,利用数值解析法建立了二维裂隙网络渗流模型,分析不同边界条件下裂隙网络中的流体流动。结果表明,该方法可以模拟区域宏观水力梯度和边界条件下,裂隙网络水力梯度方向总的流量,以及节点的水位、节点间的流量和流动方向的变化特征,为区域岩溶裂隙水渗流计算提供了一种实用、可行的方法。 展开更多

关键词 裂隙介质 离散裂隙网络模型 连通性 裂隙水 渗流

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基于离散裂隙网络模型的核素粒子迁移数值模拟研究 被引量：11

6

作者 魏亚强 董艳辉 +2 位作者 周鹏鹏 王礼恒 宋凡 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期123-130,136,共9页

高放废物地质处置过程中涉及的核素在围岩裂隙地下水中的迁移问题已引起广泛关注,数值模拟是研究核素粒子运移的重要方法。目前裂隙介质中渗流模型主要是等效连续介质模型、双重介质模型和离散裂隙网络模型。对于岩体尺度裂隙地下水的流... 高放废物地质处置过程中涉及的核素在围岩裂隙地下水中的迁移问题已引起广泛关注,数值模拟是研究核素粒子运移的重要方法。目前裂隙介质中渗流模型主要是等效连续介质模型、双重介质模型和离散裂隙网络模型。对于岩体尺度裂隙地下水的流动,离散裂隙网络模型能充分表现裂隙介质的各向异性、不连续性等特征。因此,针对裂隙介质准确概化及核素迁移模拟等难点,文章结合Monte Carlo随机生成裂隙方法、裂隙渗流有限元算法和高放射性核素衰变方程等方法,依据花岗岩深钻孔裂隙统计数据,采用离散裂隙网络模型对内蒙古阿拉善高放废物地质处置预选区展开了核素粒子迁移数值模拟研究,并讨论了实例预测分析结果。结果显示:针对设定的地质模型,核素粒子从中心运移到边界的迁移路径长度平均为1293.35 m,粒子运移到边界耗费的时间平均为1.70E+11 d。 展开更多

关键词 离散裂隙网络 裂隙 核素 粒子追踪 阿拉善地区

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基于离散裂隙网络的烟台水封洞库渗水点分析 被引量：6

7

作者 黎照洪 胡成 +1 位作者 陈刚 刘静华 《安全与环境工程》 CAS 2016年第5期170-173,182,共5页

建立在致密结晶岩地区的地下水封洞库开挖过程中洞室及水幕巷道的渗水具有不均匀性,而现阶段主要在开挖后根据实际渗水量组织施工排水,若排水不及时容易造成洞室或巷道大面积浸水而形成安全风险。为在洞室开挖前对渗水点分布及渗水量进... 建立在致密结晶岩地区的地下水封洞库开挖过程中洞室及水幕巷道的渗水具有不均匀性,而现阶段主要在开挖后根据实际渗水量组织施工排水,若排水不及时容易造成洞室或巷道大面积浸水而形成安全风险。为在洞室开挖前对渗水点分布及渗水量进行一定预测,从而提前且合理安排排水工作,降低施工风险,以烟台地下水封洞库丁烷库区为例,在对该库区裂隙调查结果进行一定的统计分区后,采用Monte-Carlo随机模拟方法建立离散裂隙网络模型,通过多次迭代确定裂隙模拟置信区间,并选取在置信区间范围内的裂隙模拟结果按照立方定律求取渗透系数,按区间进行水封洞库渗水点分布区划分,同时与实测大流量渗水区域进行比对,结果发现两者具有较好的一致性,表明该方法能借助前期裂隙统计结果预测洞室开挖后渗水情况,协助组织施工期洞室排水。 展开更多

关键词 地下水封洞库 离散裂隙网络 随机模拟 渗水预测 烟台市

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基于离散裂隙网络模型的地下水流并行模拟方法 被引量：2

8

作者 赵敬波 刘健 +3 位作者 周志超 季瑞利 张明 付馨雨 《地质科技通报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期55-64,共10页

裂隙水表现为强烈的非均匀性和各向异性,而离散裂隙网络模拟方法是目前国际上公认描述裂隙水流动规律最为合理、有效的方法之一。以我国高放废物地质处置地下实验室花岗岩场址为研究对象,借助高性能数值计算服务器集群及并行程序,提出... 裂隙水表现为强烈的非均匀性和各向异性,而离散裂隙网络模拟方法是目前国际上公认描述裂隙水流动规律最为合理、有效的方法之一。以我国高放废物地质处置地下实验室花岗岩场址为研究对象,借助高性能数值计算服务器集群及并行程序,提出了场址岩体离散裂隙网络渗流并行模拟方法。结果表明,该方法可实现千万级别模型网络单元离散裂隙网络渗流精细化模拟,提升了程序处理复杂问题的计算效率及能力;建立了离散裂隙网络模型结构优化与实际情景条件下边界参数赋值方法,保障了场址水文地质评价过程中不同尺度模型水位信息的有效传递;模拟区域地下水位沿着裂隙呈网状结构分布,呈现从南向北流动的趋势,连通裂隙间的水位呈现从高到低的连续变化,非连通裂隙的水位是非连续的;地下水是沿着导水裂隙流动,裂隙网络的连通性及渗透性对地下水流动特性影响明显。离散裂隙网络渗流并行数值模拟可以更为精细反映裂隙地下水动力场特征,进一步提升裂隙介质渗流模拟预测能力,这对深化裂隙水流动规律的认识具有重要意义。 展开更多

关键词 裂隙岩体 离散裂隙网络 并行模拟 高放废物地质处置

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离散裂隙网络对岩石力学性质和声发射特性影响的颗粒流分析 被引量：11

9

作者 胡训健 卞康 +4 位作者 刘建 谢正勇 陈明 李冰洋 岑越 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第S01期542-552,共11页

基于颗粒流软件平台,采用图像处理技术和Monte Carlo法,生成离散裂隙网络。结合等效晶质模型进行花岗岩细观结构的数值建模,从细观角度阐述了离散裂隙网络对岩石强度与变形性质、声发射特性的影响。主要结论如下:(1)裂隙平均长度和密度... 基于颗粒流软件平台,采用图像处理技术和Monte Carlo法,生成离散裂隙网络。结合等效晶质模型进行花岗岩细观结构的数值建模,从细观角度阐述了离散裂隙网络对岩石强度与变形性质、声发射特性的影响。主要结论如下:(1)裂隙平均长度和密度影响着岩石的力学性质,岩石的单轴压缩强度、弹性模量随裂隙密度的增加而减小。(2)单轴压缩下岩石破坏时均是晶间-拉裂纹和晶内-拉裂纹为主。(3)离散裂隙网络与岩石的声发射事件密切相关。随着裂隙密度的增加,声发射b值和分形维数D值均呈下降趋势。当b值和D值急剧下降时,预示着岩石失稳破坏。(4)离散裂隙网络对声发射事件的破裂强度有一定的影响。在离散裂隙网络附近易产生破裂强度大的声发射事件。综上所述,基于离散裂隙网络和等效晶质模型联合建模获得的细观角度上岩石破裂机制和声发射现象等结论,可有效弥补现有室内试验中研究手段的不足,并对野外具有更为复杂的裂隙网络的岩体稳定性评价与工程施工提供有力支撑。 展开更多

关键词 离散裂隙网络 等效晶质模型 声发射 花岗岩 颗粒流模拟

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离散裂隙网络模拟在地下硐室稳定性中的应用——以甘肃北山地下实验室为例 被引量：3

10

作者 纪景仁 王驹 +2 位作者 唐振平 李亚伟 凌辉 《科学技术与工程》 北大核心 2022年第21期9281-9287,共7页

以甘肃北山地下实验室为研究对象,开展了离散裂隙网络-离散元(discrete fracture network-discrete element method, DFN-DEM)耦合方法在花岗岩地下硐室围岩稳定性分析方面的探索研究。选取地下实验室工程勘察范围内代表性勘察钻孔和地... 以甘肃北山地下实验室为研究对象,开展了离散裂隙网络-离散元(discrete fracture network-discrete element method, DFN-DEM)耦合方法在花岗岩地下硐室围岩稳定性分析方面的探索研究。选取地下实验室工程勘察范围内代表性勘察钻孔和地表露头裂隙数据进行统计分析,利用三维离散单元软件3DEC构建离散裂隙网络(discrete fracture network, DFN)和等效岩体模型,模拟分析了地下实验室-560 m水平试验巷道的硐室的稳定性。结果表明:硐室开挖引起硐室围岩应力重分布,裂隙与硐室开挖面相交部位发生应力集中现象,硐室围岩出现位移变形;在现有条件下,硐室围岩变形量较小,应力集中程度不高,地下硐室稳定性较好。 展开更多

关键词 高放废物地质处置 地下实验室 离散裂隙网络 等效岩体 稳定性

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离散裂隙网络的几何参数对裂隙岩体力学参数的影响研究 被引量：2

11

作者 宋晓康 张昌锁 王天琦 《中国矿业》 2021年第12期160-169,共10页

为了解离散裂隙网络的几何参数对裂隙岩体力学参数的影响,本文构建了不同结构特征的离散裂隙网络,并建立相应的等效岩体模型,通过单轴压缩数值试验得到等效岩体模型的力学参数,分析离散裂隙网络的几何参数对裂隙岩体力学参数的影响。结... 为了解离散裂隙网络的几何参数对裂隙岩体力学参数的影响,本文构建了不同结构特征的离散裂隙网络,并建立相应的等效岩体模型,通过单轴压缩数值试验得到等效岩体模型的力学参数,分析离散裂隙网络的几何参数对裂隙岩体力学参数的影响。结果表明:随着裂隙密度P_(32)的增加,单轴抗压强度、弹性模量及峰值应变近似线性递减,泊松比近似线性递增;随着裂隙倾角均值的增加,单轴抗压强度、弹性模量及峰值应变先减小后增大,泊松比先增大后减小,裂隙倾角为60°时达到极值;对于裂隙倾角的分布特征,当裂隙倾角均值为60°时,单轴抗压强度、弹性模量及峰值应变随Fisher分布常数的增加而减小,泊松比随Fisher分布常数的增加而增加,而对于其他裂隙倾角均值的情况,Fisher分布常数对裂隙岩体力学参数的影响较小;对于裂隙直径的分布特征,幂律分布指数对裂隙岩体力学参数的影响较小;敏感性分析结果表明,单轴抗压强度对于离散裂隙网络几何参数的敏感性最大,弹性模量的敏感性最小。 展开更多

关键词 离散裂隙网络 裂隙岩体 等效岩体模型 离散元

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裂隙介质氡迁移的分形离散裂隙网络模型 被引量：1

12

作者 冯胜洋 李策 +1 位作者 刘永 康虔 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第11期97-104,共8页

为更有效地开展氡污染防治、氡示踪研究,根据分形理论与离散裂隙网络(DFN)建立裂隙介质氡迁移模型;采用双幂律模型描述裂隙位置与长度,多级联乘方法获得裂隙中心点位置,von Mises-Fisher分布函数确定裂隙方向,对数正态分布方法确定裂隙... 为更有效地开展氡污染防治、氡示踪研究,根据分形理论与离散裂隙网络(DFN)建立裂隙介质氡迁移模型;采用双幂律模型描述裂隙位置与长度,多级联乘方法获得裂隙中心点位置,von Mises-Fisher分布函数确定裂隙方向,对数正态分布方法确定裂隙开度分布;采用自研试验装置验证理论模型,并使用理论模型分析某天然裂隙岩体氡迁移特征。结果表明:理论模型计算氡活度浓度与试验结果相差最大不超过4%,该裂隙岩体的平均氡析出率为0.00258 Bq/(m^(2)·s),岩体内连通裂隙构成氡迁移的主要通道,裂隙密集处的最大氡通量比裂隙稀疏处的大约3个数量级。裂隙介质平均氡析出率随分形维数的增加而增大,随长度指数的增加而减小,与对流速度呈非线性增加关系。 展开更多

关键词 裂隙介质 氡迁移 离散裂隙网络(DFN) 氡析出率 分形维数

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基于离散裂隙网络法和水流数值模拟技术的地下水封洞库水封性研究 被引量：14

13

作者 胡成 陈刚 +3 位作者 曹孟雄 唐连松 郑可 王继刚 《地质科技通报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期119-126,136,共9页

水封性是保证地下水封洞库安全运营的关键,目前研究地下水封洞库水封性的主要难点在于裂隙岩体含水层强烈的非均质性和各向异性。以某地下水封洞库工程为背景,通过实测裂隙几何参数分析裂隙发育特征,建立了研究区离散裂隙网络模型。之... 水封性是保证地下水封洞库安全运营的关键,目前研究地下水封洞库水封性的主要难点在于裂隙岩体含水层强烈的非均质性和各向异性。以某地下水封洞库工程为背景,通过实测裂隙几何参数分析裂隙发育特征,建立了研究区离散裂隙网络模型。之后对研究区进行网格化划分计算了各单元体渗透系数张量,基于对裂隙渗流基本规律的理解和假设建立了研究区高精度的非均质各向异性渗流模型,并对研究区渗透性特征进行分析。通过建立非均质各向异性渗流模型对水幕系统水封性能进行了探讨并与传统均质各向同性渗流模型进行对比分析,利用该模型可以弥补传统均质各向同性渗流模型的不足,更加准确地评价由于裂隙岩体非均质各向异性造成的储品泄漏风险。 展开更多

关键词 地下水封洞库 离散裂隙网络模型 非均质各向异性 数值模拟

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基于离散裂隙网络与离散元耦合方法的礼让隧道岩体力学参数确定 被引量：8

14

作者 刘波 杨亚刚 《科学技术与工程》 北大核心 2020年第23期9567-9573,共7页

为了准确地确定礼让隧道节理岩体力学参数,采用3DEC程序中离散裂隙网络(discrete fracture network, DFN)技术,建立了能反映节理裂隙分布特征的离散裂隙网络模型。在此基础上,结合室内岩石、节理力学试验,运用等效岩体技术及3DEC程序,... 为了准确地确定礼让隧道节理岩体力学参数,采用3DEC程序中离散裂隙网络(discrete fracture network, DFN)技术,建立了能反映节理裂隙分布特征的离散裂隙网络模型。在此基础上,结合室内岩石、节理力学试验,运用等效岩体技术及3DEC程序,建立基于离散裂隙网络-离散元(discrete fracture network-discrete element method,DFN-DEM)耦合方法的等效岩体模型,并构建反映工程岩体节理分布特征的多尺度等效节理岩体计算模型;通过对多尺度等效节理岩体计算模型进行单轴压缩试验,获取岩体峰前及峰后的力学性质,分析节理岩体的尺寸效应、各向异性、表征单元体及等效岩体力学参数。结果表明:DFN-DEM耦合技术解决了非贯通节理的建模问题;随着等效岩体尺度增大,节理岩体峰值强度、弹性模量逐渐减小,各向异性特性逐渐减弱,且尺度达到5 m×5 m×10 m趋于稳定得到表征单元体;表征单元体尺度下等效岩体力学参数为弹性模量9 GPa、单轴抗压强度0.7 MPa、内摩擦角25°、黏聚力0.3 MPa、抗拉强度0.12 MPa,与Hoek-Brown强度准则所得力学参数对比,两者较为接近。该法为研究工程岩体的稳定性提供了数据基础。 展开更多

关键词 礼让隧道 离散裂隙网络与离散元耦合方法 等效岩体 表征单元体 节理岩体力学参数

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离散裂隙网络对页岩气井产能影响的数值模拟 被引量：3

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作者 刘嘉 陈俊 +2 位作者 芮福鑫 宁雪 王建国 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2017年第6期66-71,共6页

页岩作为典型的非常规储层,基质孔隙小,渗透率极低,水平井多级水力压裂为其商业开发的主要手段。准确模拟页岩气产能,应同时考虑水力裂隙和天然裂隙的渗流。基于离散裂隙模型和等效连续模型建立页岩气渗流数学模型,利用有限元分析方法... 页岩作为典型的非常规储层,基质孔隙小,渗透率极低,水平井多级水力压裂为其商业开发的主要手段。准确模拟页岩气产能,应同时考虑水力裂隙和天然裂隙的渗流。基于离散裂隙模型和等效连续模型建立页岩气渗流数学模型,利用有限元分析方法进行数值求解,研究不同走向裂隙组对页岩气井产能的影响。研究认为,页岩基质为气体的生产提供了主要气源,天然裂隙作为渗流的主要通道,将气体输送到水力裂缝,进而到达井筒。模拟结果表征,离散裂隙的渗流特征对于页岩气井的产能有重要影响。根据页岩储层的天然裂隙走向,可以优化相应的水平井方位。对于二维离散裂隙网络模型,水平井沿着2个裂隙组夹角的平分线更有利于生产。 展开更多

关键词 页岩气 离散裂隙网络 等效连续模型 裂隙走向

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基于离散裂隙等效连续介质耦合模型的哈尔克山裂隙网络模拟

16

作者 漆琳靖 王泽清 +2 位作者 那金 岑畅 马军 《吉林大学学报(地球科学版)》 北大核心 2025年第4期1256-1268,共13页

哈尔克山位于天山北部,复杂的地质结构和强烈的地形切割导致该地区断裂发达,河谷裂隙发育。哈尔克山地区对天山北麓整体水资源及生态环境有重要影响,为了对其进行地下水渗透能力评价研究,探讨该区域基岩裂隙渗透特征,基于离散裂隙网络模... 哈尔克山位于天山北部,复杂的地质结构和强烈的地形切割导致该地区断裂发达,河谷裂隙发育。哈尔克山地区对天山北麓整体水资源及生态环境有重要影响,为了对其进行地下水渗透能力评价研究,探讨该区域基岩裂隙渗透特征,基于离散裂隙网络模型(DFN)与等效连续介质模型(ECM)的理论基础,提出一种离散裂隙等效连续介质耦合模拟方法。首先,基于研究区水文地质背景,结合其天然裂隙网络特征,开展区域裂隙空间特征分析;然后,根据天然裂隙网络特征开展离散裂隙网络模拟,构建符合实际区域地质条件的离散裂隙网络模型;最后,基于等效介质模型理论,耦合裂隙与地质单元体,计算裂隙网络等效渗透率。结果表明:研究区裂隙受哈尔克山断裂构造影响,整体走向呈NWW向和NEE向;区域裂隙隙宽服从对数正态分布,裂隙在空间分布上服从Fisher分布;裂隙等效半径为312.9~780.6 m,隙宽为1.43~25.19 mm,渗透率为2.3~66.7 mD①,裂隙密度为0.10~5.25 m^(-1);等效渗透率xx方向为0.050~1.877 mD,yy方向为0.050~1.947 mD,zz方向为0.100~2.825 mD,整体区域渗透率均小于3 mD;哈尔克山地区基岩裂隙网络渗透率较低,断裂带及河谷裂隙发育带是山区地下水的主要运移通道。将模拟结果同前期开展的水文地质试验结果对比,二者数值较为相近,证明离散裂隙等效连续介质耦合模拟方法的可靠性。 展开更多

关键词 离散裂隙网络模型 等效连续介质模型 哈尔克山 离散裂隙等效连续介质耦合模拟 水文地质

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基于三维裂隙网络模拟和单孔压水试验的裂隙张开度确定方法 被引量：1

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作者 程锦波 夏露 于青春 《地质科技通报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期262-272,共11页

岩体裂隙的等效水力张开度(水力学等效隙宽)是岩体的关键力学几何参数之一。目前常采用交叉孔试验等大型试验方法获取野外深部岩体裂隙的张开度,但该方法很少在一个工程中多次使用,且难以分析裂隙张开度在空间上的变化。以三峡大坝右岸... 岩体裂隙的等效水力张开度(水力学等效隙宽)是岩体的关键力学几何参数之一。目前常采用交叉孔试验等大型试验方法获取野外深部岩体裂隙的张开度,但该方法很少在一个工程中多次使用,且难以分析裂隙张开度在空间上的变化。以三峡大坝右岸地下电站硐室围岩为例,提出了一种联合利用常规单孔压水试验数据和三维裂隙网络模拟,反演确定裂隙等效水力张开度的新方法。利用实测裂隙编录资料取得的统计数据开展裂隙产状随机模拟,构建与压水试验钻孔连通的三维离散裂隙网络渗流模型,拟合单孔压水稳态流量和压力的关系,反演不同深度岩体的裂隙等效水力张开度。结果表明,研究区岩体裂隙的等效水力张开度一般为0.07~0.30 mm,符合对数正态分布的统计特征,多数钻孔反演的裂隙等效水力张开度随埋深呈指数形式衰减,少数钻孔呈现出裂隙等效水力张开度随机性强、随埋深变化不明显的特征。相较传统方法,本方法反演结果显著不同,有待进一步验证。 展开更多

关键词 裂隙岩体 裂隙张开度 离散裂隙网络模型 数值模拟 压水试验 三峡大坝

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岩体裂隙网络非线性渗流特性研究 被引量：26

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作者 刘日成 蒋宇静 +2 位作者 李博 蔚立元 杜岩 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第10期2817-2824,共8页

基于人工交叉裂隙模型,通过室内透水试验,利用电荷耦合元件(CCD)照相机可视化技术,对流体在裂隙交叉点内的非线性流动特性进行研究。建立两种离散裂隙网络(DFN)模型,考虑两种边界条件,改变模型进口和出口之间的压力,直接求解Navier-Stok... 基于人工交叉裂隙模型,通过室内透水试验,利用电荷耦合元件(CCD)照相机可视化技术,对流体在裂隙交叉点内的非线性流动特性进行研究。建立两种离散裂隙网络(DFN)模型,考虑两种边界条件,改变模型进口和出口之间的压力,直接求解Navier-Stokes(简称N-S)方程,对DFN的非线性渗流特性进行研究。结果表明,室内试验可以观测到与出口3相连的裂隙单元内发生了明显的非线性流动,且通过模型的流量Q和模型两端的压力P具有非线性关系。数值计算结果也表明,在水力梯度J较大时(比如J>0.1),通过DFN的Q和P具有非线性关系,而当J较小时(比如J<10-4),Q与P线性相关;根据文中的算例,建议利用局部立方定律求解DFN内每条裂隙的渗流特性的临界条件为J≤10-4;裂隙表面粗糙会造成通过DFN渗流量的降低,但对相对流量误差的影响可忽略不计。 展开更多

关键词 离散裂隙网络 非线性渗流 NAVIER-STOKES方程 局部立方定律

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岩体裂隙网络等效渗透系数方向性的数值计算 被引量：18

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作者 刘日成 蒋宇静 +2 位作者 李博 王肖珊 徐帮树 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期2394-2400,共7页

采用渗流力学理论并结合Monte Carlo方法描述岩体裂隙的随机分布,研究渗流模型的尺寸效应并确定表征单元体积(REV),得到了3种开口度分布形式的等效渗透系数椭圆曲线,建立了等效渗透系数方向性的判别标准。离散裂隙网络(DFN)模型假定流... 采用渗流力学理论并结合Monte Carlo方法描述岩体裂隙的随机分布,研究渗流模型的尺寸效应并确定表征单元体积(REV),得到了3种开口度分布形式的等效渗透系数椭圆曲线,建立了等效渗透系数方向性的判别标准。离散裂隙网络(DFN)模型假定流体只在岩体裂隙内部流动,而不通过岩体本身渗流。基于二维离散元程序UDEC并进行二次开发,建立DFN模型,通过改变流体的流动方向,得到不同流动方向下岩体裂隙网络的等效渗透系数,并分析不同的开口度分布形式对岩体裂隙网络等效渗透系数方向性的影响。计算结果表明,表征单元体积存在的条件是等效渗透系数保持稳定且渗透椭圆比较光滑。等效渗透系数的方向性受开口度分布形式的影响很大:当开口度-长度关联分布时,等效渗透系数各向异性;当开口度对数正态分布时,等效渗透系数各向同性;当开口度恒定分布时,等效渗透系数的特性介于二者之间。变化系数(CV)是否大于5%是判定岩体裂隙网络渗透系数是否具有方向性的判别标准。 展开更多

关键词 渗透系数方向性 开口度分布 离散裂隙网络 离散元方法 裂隙岩体

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基于逆Broyden秩1拟牛顿迭代法的岩体裂隙网络渗流特性研究 被引量：4

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作者 刘日成 蒋宇静 +3 位作者 李博 王肖珊 徐帮树 蔚立元 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期219-228,共10页

岩体裂隙粗糙度和流体惯性效应是影响岩体裂隙网络等效渗透性的重要因素。首先回顾了单裂隙中裂隙粗糙度和流体惯性效应对其过流能力的影响;然后基于逆Broyden秩1拟牛顿迭代法求解控制裂隙内流体流动的非线性方程组,研究岩体裂隙粗糙度... 岩体裂隙粗糙度和流体惯性效应是影响岩体裂隙网络等效渗透性的重要因素。首先回顾了单裂隙中裂隙粗糙度和流体惯性效应对其过流能力的影响;然后基于逆Broyden秩1拟牛顿迭代法求解控制裂隙内流体流动的非线性方程组,研究岩体裂隙粗糙度和流体惯性效应对离散裂隙网络（DFN）等效渗透性的影响;最后,基于两种不同边界条件,对离散裂隙网络模型内流体的流动特性进行了探讨。结果表明,当水力梯度较小（〈0.5）时,裂隙粗糙度和流体惯性效应对离散裂隙网络渗透性的影响很小;当水力梯度较大（〉0.5）时,裂隙粗糙度和流体惯性效应对离散裂隙网络渗透性的影响随水力梯度的变化而显著变化;在两种边界条件下,当水力梯度在0.1～10.0之间时,裂隙粗糙度和流体惯性效应对离散裂隙网络过流能力的最大影响分别为18.1%和27.5%。所以,当水力梯度较大时,需要在离散裂隙网络模型的渗流计算中考虑裂隙粗糙度和流体惯性效应的影响。 展开更多

关键词 逆Broyden秩1拟牛顿迭代法 离散裂隙网络 裂隙粗糙度 流体惯性效应 等效渗透系数 非线性渗流

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