基于裂隙连通路径和数值模拟的岩体渗透性评价-(10499)

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1、目录硕士学位论文3．4三维裂隙网络中最短渗透路径的计算搜索实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．473．5工程应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯503．6本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯524基于岩体裂隙连通路径的渗流计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．544．1概j盔⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．544．2裂隙岩体三维网络渗流计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯544．2．1三维网络连通路径渗流计算图论管网法的实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯544．2．2工程应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

2、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．574．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯655结论及展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯665．1结j殓⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．665．2展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯67参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．69l衬录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．74VI硕士学位论文基于裂隙连通路径和数值模拟的岩体渗透性评价1绪论1．1研究背景及意义随着世界经济的

3、迅速发展，人们对能源的需求越来越大，核能的开发利用将成为必然趋势。核电相比于火电的一个重要优点就是可以避免燃烧化石燃料(石油、天然气和煤)引起的各种环境问题，而其另一个优点在于核能所消耗的能源种类，煤的储藏量有限，不能满足人们日益增长的需求。然而核能的开发利用所产生的核废料如果得不到有效的处理，其对人类和环境都是一个极大的隐患。在核工业产生的废料中99％属于中低放废料，较为容易处理。而剩下的1％含有多种对人体有极大危害的高浓度放射性核素，其中一种被称为钚的核素，只需摄入10mg就可致人死亡，其毒性尚不能用普通的方法来消除，只能靠自身的放射性衰变来慢慢减少其危害。而高放废料需要

4、上万年才能达到无害化，各个使用核能的国家都把安全处理高放废料放在了核工业可持续发展的首要位置。目前经过论证唯一在工程和技术上可行的处置方法，就是将核废料进行玻璃固化后，深埋在地质体内部，通过天然屏障及工程屏障使其与人类的生存环境隔离，这也是各国普遍采用的处置方式。核废料埋入地下后，其最可能的释放方式是接触地下水溶解，随着地下水迁移来接触人类环境，而花岗岩中不同结构面组成的连通路径将是核素迁移的主要通道。因此对于高放废料处置库来说，研究放射核素在岩体中迁移的路径和速率显得异常重要。研究裂隙岩体的渗透特性一直是学者们关心也是非常具有挑战的问题。一般来说，确定裂隙岩体的渗透性分以下

5、几步：首先，对场区内裂隙岩体进行实地勘察测量；然后，通过钻孔和水力实验确定裂隙分布特点和水力特性；最后，依据现场实测的数据建立模型来模拟地下流体流动的特性，并和现场试验所得数据比较来检查其一致性。对于二维裂隙网络，离散元法是研究裂隙岩体渗透性的一种行之有效的方法，但大多数的研究都是基于随机模拟产生的裂隙网络来进行渗透性分析的，其与岩体表面实际存在的裂隙存在情况有许多不同，用该模型来评价场区的渗透特性与实际情况相比肯定有所偏差。而对于三维裂隙网络，基于模拟产生的裂隙网络模型来研究裂隙岩体三维空间中的渗透特性是较为有效的方法。但相比于二维网络，研究其在各个方向的渗流路径及渗透性要

6、复杂得多，工作量也非常大，三维裂隙网络模型渗透性有待进一步研究。本文依托大量的实地勘察数据，建立实测的二维裂隙网络模型和蒙特卡罗模拟生成的三维裂隙网络模型，对场区进行渗透特性分析研究。l绪论硕士学位论文1．2国内外研究现状1．2．1裂隙的水力研究现状裂隙岩体是由空间分布的结构面和被这些结构面所切割产生的岩块组成的一种不连续介质。虽然一般裂隙岩体中裂隙度比孔隙度要低，但大量工程实践证明，岩体中对渗流起主导作用的是裂隙面所组成的连通路径。花岗岩更是如此，其结构致密，孔隙度非常小，岩块的渗透性可忽略不计，因此，裂隙岩体的渗流分析实际上是裂隙网络的渗流问题。前苏联是较早研究岩体水力学

7、的国家，在上世纪中期，该领域的学者就进行了裂隙岩体的水力特性的试验研究，提出了最早的裂隙水流立方定律【l。2】。随后法国学者Snow【31、C．Louis【4J通过进行平行板的水流流动试验，表明立方定律在岩体裂隙中的层流计算较为有效。R0mm【2J还对微裂隙(10～100“聊)和极微裂隙(0．25～4．3∥m)中的流体流动情况进行了研究，得出当裂隙的张开度大于O．2J“聊时，立方定理是成立的。然而裂隙的实际存在情况并非是理想的光滑面，其隙宽通常是空间位置的函数，因此必须根据粗糙度等裂隙特征对立方定律进行