裂隙巖體非雙重介質滲流模型研究現狀

何亞輝

摘要：滲流對裂隙巖體的影響很大，建立裂隙巖體滲流模型對裂隙巖體的滲流機理進行研究至關重要，且雙重介質模型工程適用性較好，因此本文著重探討裂隙巖體非雙重介質滲流模型。現階段，裂隙巖體非雙重介質滲流模型分為離散裂隙網絡模型、等效連續體模型和混合模型，在實際工程中，應根據實際需要，選擇合適的裂隙巖體滲流模模型。此外，提出了現階段研究的不足及展望。

關鍵詞：裂隙巖體；滲流；模型；非雙重介質

1引言

在巖體工程中，滲流問題尤為突出，諸如礦井涌水、山體滑坡、地面凹陷等。天然巖體經各種復雜而不均勻的外力作用，結構面發生剪切破壞，結構面分布的隨機性使得裂隙巖體具有明顯的非均勻、不連續和各向異性等特征，因此進行裂隙巖體滲流模型研究對研究裂隙滲流機理具有重要意義。由于非雙重介質模型相對于雙重介質模型工程適用性更高，本文著重研究費雙重介質模型。在前輩研究的基礎上，對裂隙巖體非雙重介質滲流模型研究現狀進行了探討，并對將來該領域的發展趨勢進行了展望。

2裂隙巖體非雙重介質模型分類

模型的建立依據為不同的假設和適用條件，在實際應用中，應當根據不同的情況選擇不同的概念模型。一般來說，因等效連續體模型有較多的試驗和理論基礎作為支撐，是目前研究和使用最多的模型。

2.1等效連續體模型

等效連續體模型可分為三種類型：多孔介質模型、雙重介質模型、隨機連續體模型。他們的原理不盡相同。

2.1.1多孔介質模型

多孔介質模型主要思想：忽略單個裂隙的結構，假設裂隙由大量相互聯通的多孔介質組成，使在平均意義上和統計的角度研究和描述其每個點的性質更加方便。實質上就是將孔隙和裂隙簡化為數量很多的多孔介質，這樣，孔隙度、滲透性等參數的估計難度就相對降低了。

2.1.2雙重介質模型

雙重介質模型主要思想：裂隙是流體的最主要的傳輸通道，多孔基質是流體的主要儲存空間，裂隙的滲透性和多孔基質的孔隙度比多孔基質的滲透性和孔隙度大得多。兩個滲流的研究系統之間相互獨立，但是又存在聯系，在進行滲流分析時，既需要孔隙的參數又需要裂隙的參數。

2.1.3隨機連續體模型

隨機連續體模型主要思想：把裂隙巖體以一個以非參數指標地質統計學為理論基礎的單體隨機模型替代，經現場水文地質實驗得到模型的參數的統計性質。該模型的實用性很高，使用此模型的時候，關鍵要點在于測量試驗的尺度。

2.2離散裂隙網絡模型

雖然過去的研究廣泛使用連續體滲流模型，但對有些表征體積單元不存在或存在很大表征體積單元的研究領域。為了克服這個缺陷，有人提出了離散裂隙網絡模型來模擬裂隙巖體。離散裂隙網絡模型的主要思想為：所有的流體在所設定的網絡中流動，根據現場數據生成裂隙網絡，輸入邊界條件，求解所生成的網絡中的滲流，進而得到計算結果。由于無法對網絡進行完整的模擬，所以網絡的設定采用統計學的方法，離散裂隙網絡模型具有仿真性高、精度好等優點。

2.3混合模型

混合模型模型的設計出發點是為了揚長而避短，結合等效連續體模型和離散裂隙網絡模型的長處，克服離散模型在孔隙多時工作量大的特點。該模型的主要思想：對于裂隙密度較大的區域使用等效連續體模型，裂隙密度較小的區域使用離散裂隙網絡模型。

3存在的問題及展望

現階段分析裂隙巖體滲流模型時連續介質模型經驗較為豐富，大多使用等效連續介質模型，但等效連續介質模型的選用是一個有爭議的問題，其有效性不能得到保證。在裂隙巖體滲流的研究中，還應考慮溫度場、應變特性和應力對滲流的影響作用，建立裂隙巖體相應的應力一滲流耦合模型以及溫度一滲流耦合模型，這應當是今后裂隙巖體滲流研究的一個熱門方向。