FDEM-Irazu的离散断裂网络DFN

1 引言

离散断裂网络DFN是20世纪70年代末开始发展起来的一种离散模型，最初主要用于模拟流体在相连的岩石裂缝中的流动和运输过程。由于地下水的流动以裂缝、裂隙、空隙等形成的连通路径为主, 因此DFN的核心问题是定义离散裂缝的位置、几何形状和性质。一旦确定或随机定义了离散裂缝，就可以求解DFN模型，了解其运输问题和流动性质。对于光滑和规则的裂缝，裂缝内的流动方程可以用近似的解析解来求解(Long, 1983)。而对于几何形状不规则的裂缝，需要进行离散化, 用数值方法求解。DFN可以合并到许多数值方法中, 例如有限元(Stratford, 1990), 边界元(Elsworth, 1986), 管道模型(Cacas, 1990)以及网格模型(Tsang, 1987)，管道模型和通道网格模型采用解析解求解，计算量比有限元和边界元模型的计算量少。本文由以下几部分组成：

(1) 讨论了DFN总的特性，特别强调了DFN在Itasca系列中的特性；

(2) 总结了可使用DFN的岩石工程软件;

(3) 阐述了Irazu中用于固体分析的力学DFN和用于流体分析的水力DFN属性；

(4) 显示了Irazu中DFN的输入参数，其中P20和P21参看今天发布的的另一篇文章【断裂密度(Fracture Density)P20和P21回顾】。

2 DFN的特性

DFN把岩体内分布的断裂看作是一组离散的有限尺寸的裂隙，在2D空间内它是一组线段，在3D空间内它是一组平盘。DFN模块为生成和处理岩体内的断裂提供了一种非常有效的工具。DFN具有如下特性：

(1) 导入/导出由Itasca软件和Fracman生成的DFN. FLAC3D, 3DEC和PFC产生的DFN文件格式是共享的。

(2) 可以增加确定性断裂或者生成随机性断裂。

(3) 断裂之间的相交，断裂与露头/隧道表面以及断裂和钻孔线的相交，扫描线图计算

(4) 簇(clusters)和连通性计算

(5) 断裂简化方法

(6) 定义断裂的力学属性，并且分配这些属性给模型分量

(7) 可视化断裂，露头/隧道迹线图，赤平级射投影图