溶孔—裂隙复合网络的随机生成及其数值网格化

Stochastic generation and numerical gridding of dissolved pore-fracture composite networks

鲁海峰; 宁明诚; 张元; 梁修雨

2023

10.19509/j.cnki.dzkq.tb20220461

地质科技通报   影响因子和分区

1000-7849

煤层底板岩溶裂隙含水层导致底板突水问题受到广泛关注,掌握含水层渗流特征是减少此类事故发生的关键,而在此之前应首先建立合理的含水层模型.岩溶裂隙含水层具有裂隙和岩溶两种复合网络介质特征,针对此类问题主要采用数值模拟方法进行研究,而多数成果仅对含水层中的裂隙网络进行分析,忽略了其中随机分布的溶孔等岩溶现象,与实际情况差异较大.重点对灰岩含水层中随机分布的溶孔进行模拟,并将其与裂隙网络模型结合,得到准确度较高的灰岩含水层网络模型,并将其数值化.为此选取了钻孔揭露及露头资料,用Auto-CAD软件描绘溶孔轮廓建立了溶孔形态库,为溶孔的随机生成提供了足够的样本支撑,溶孔样本足够多时,溶孔形态库就具有很高的真实性;其次利用多因素定向块体切割技术建立了溶孔储存空间,随机从中提取溶孔,按照一定比例缩放并置于储存空间内,就可以实现随机溶孔模型的生成.随后将其与基于蒙特卡洛法生成的裂隙网络叠加,从而得到具有一定溶孔率和裂隙密度、间距的灰岩含水层复合网络模型.最后基于AutoCAD软件将网络模型转化为FLAC3D数值网格,即建立灰岩含水层数值模型,由此生成具有不同溶孔率和裂隙密度、间距的复合网络模型.对裂隙网络中的裂隙密度和延展性分别按低、较低、中等、较高、高进行分类;将溶孔模型中的溶孔率设为0.05,0.10,0.15,0.20,0.25,0.35.以高密度—低延展性裂隙网络为例,选取了溶孔率为0.05和0.25的溶孔模型与其叠加,对复合网格中的裂隙迹长、溶孔长轴比和倾角进行统计,结果符合预期,从而证明所生成模型的有效性.研究成果对于三维随机溶孔模型的建立具有一定参考意义,为后续基于数值模拟分析岩溶裂隙含水层的渗流特征奠定了模型基础.

灰岩含水层 渗流特征 复合网络模型 随机溶孔

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41977253:国家自然科学基金

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dzkjqb202305027

1.安徽理工大学地球与环境学院,安徽淮南 232001
2.南方科技大学环境科学与工程学院,广东深圳 518000

鲁海峰,宁明诚,张元,等. 溶孔—裂隙复合网络的随机生成及其数值网格化[J]. 地质科技通报,2023,42(5):264-272.

鲁海峰,宁明诚,张元,&梁修雨.(2023).溶孔—裂隙复合网络的随机生成及其数值网格化.地质科技通报,42(5),264-272.

鲁海峰,et al."溶孔—裂隙复合网络的随机生成及其数值网格化".地质科技通报 42.5(2023):264-272.