[发明专利]一种基于图论的裂隙网络连通性及渗流计算的方法

说明书

本发明公开了一种基于图论的裂隙网络连通性及渗流计算的方法，其具体步骤为：A、二维裂隙网络中裂隙迹长的确定；B、二维裂隙网络中裂隙方向的确定；C、生成二维裂隙网络图；D、生成二维裂隙网络的一级连通图；E、生成二维裂隙网络的二级连通图；F、计算二维裂隙网络的渗流情况。本发明可模拟出不同裂隙参数下，岩体裂隙的连通性及渗流特性，从而便于在工程实践中采集岩样得出该处岩体的参数分布，即可得出该处岩体的渗流情况，为工程实践的实施提供理论支撑。

技术领域

本发明涉及一种模拟裂隙连通性及渗流的方法，具体是一种基于图论的裂隙网络连通性及渗流计算的方法。

背景技术

断裂的地质体在世界范围内普遍存在，人们很早就认识到地表以下流体流动中裂隙的作用，特别是近三十年来在油气藏工程、核废料的长期储存、边坡和坝肩稳定分析、地下洞室开挖稳定分析等领域裂隙的导体功能成为一个非常重要的问题。在水文地质领域研究地下水流动和污染物运移也会经常遇到断裂的地质结构，在这样的地质体里，大部分水流是通过裂隙传输的，因此，地下水流动和污染物运移由这些裂隙的特征所决定。裂隙的特征包括裂隙方向、长度，渗透性以及裂隙的密度和连通性。

离散裂隙网络模型(Discrete Fracture Netwok，DFN)是研究裂隙岩体渗流最为有效的手段之一，DFN模型考虑的是不渗透或低渗透性岩石的裂隙岩体，而对于基质渗透性较大的裂隙岩体则在此基础上利用等效连续介质模型或双重介质模型来模拟。通常在裂隙介质中研究流体流动有三大主题：分别是连通性、流动性和扩散性，连通性排在第一，因此，裂隙的连通性是进行流体流动和溶质运移的前提和基础，裂隙的连通性对裂隙岩体的渗流有很大的影响。为了获得有效的渗透率样本值而避免无谓的计算采用了编程实现简单但效率相对较低的“染色”算法来研究多孔介质的连通，另外本行业对裂隙方向为均匀分布的等长裂隙和非等长裂隙的连通特性进行了研究。裂隙岩体渗流与应力耦合问题目前是岩石力学与岩石工程领域的热点问题之一，对于单一裂隙渗流–应力耦合模型目前试验研究成果较多，但对于多裂隙渗流–应力耦合模型，特别是包括随机裂隙网络建模及裂隙网络渗流路径识别等，研究较少，而这些成果都可以用于改进和扩展离散裂隙网络渗流–应力耦合模型，并应用于工程实践中。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于图论的裂隙网络连通性及渗流计算的方法，能模拟岩体多裂隙的渗流情况，并通过得出的渗流结果，为后续的工程实践提供理论支撑。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：该种基于图论的裂隙网络连通性及渗流计算的方法，具体步骤为：

A、二维裂隙网络裂隙迹长的确定：在二维裂隙网络中裂隙以迹线线段表示，裂隙迹长采用负指数分布或对数正态分布；

B、二维裂隙网络裂隙方向的确定；裂隙方向采用Fisher分布，Fisher分布的概率密度函数为：

式中：φ为与平均方向的偏差，k为Fisher常数或分散因子，对每一条要产生的裂隙，随机地从Fisher分布中取出的φ值(正值或负值)，加到平均裂隙方向θ即得到裂隙方向；

C、生成二维裂隙网络图：裂隙由中心点(x₀,y₀)、迹长l、θ角3个参数确定，迹线线段的端点坐标为

在设定的模拟区域内，迹线中心点服从均匀分布，中心点的个数由该区域裂隙的密度决定，裂隙条数依据其密度服从泊松分布，长度为迹长l，方向由θ角确定，θ角定义为自x轴逆时针旋转至迹线线段的角度；将生成的裂隙超出模拟区域边界的部分去除，通过Monte Carlo随机模拟方法生成该模拟区域的二维裂隙网络图；