FLAC3D导入Fracman生成的离散断裂网络(DFN)模型

1 引言

在《Fracman读取FLAC3D生成的离散断裂网络(DFN)模型》中显示了FLAC3D生成的DFN模型导入到Fracman的步骤。不过，对于大多数真实的研究项目，首先在Fracman中产生和细化DFN模型，然后把DFN模型导入到FLAC3D或3DEC，建立数值模型，这种转换过程更有实际意义。不过建立DFN模型是一项非常麻烦的工作，需要反复调试，力求模拟的DFN与实测数值最大可能地接近，这已经超出了本文的范围，这个笔记仅简要讨论了由Fracman到FLAC3D的转换过程。

2 Fracman产生DFN

为了在Fracman中产生一个DFN模型，首先需要设置模型的范围，这个设置类似于FLAC3D的语句model domain extent -500 500，然后用随机几何方法产生DFN模型。在《离散断裂网络DFN模型总结》中曾经总结了16种这样的DFN模型，不过大多数模型没有经过现场验证。Fracman目前只包含了三种DFN产生方法：

(1) Enhanced Baecher Model

(2) Nearest Neighbor Model

(3) Levy-Lee Fractal Model

其中，Baecher模型作过相对详细的讨论《离散断裂网络DFN模型---Baecher Model》。Baecher模型(Baecher, Lanney and Einstein, 1978) 是一个最早发展的离散断裂模型。在这个模型中，断裂中心均匀地位于空间中，使用泊松过程生成具有给定半径和方向的圆盘形断裂。 而增强的Baecher模型对Baecher模型进行了扩展，提供了对断裂终点和更普遍的断裂形状的规定。增强的Baecher模型利用了最初生成的具有三至十六个边的多边形的断裂形状。这些多边形可以是等边的(长宽比为1)，也可以是细长的，长宽比(主轴与次轴的大小和方向)由用户定义。

在增强的Baecher模型中，使用终止概率P[T|来决定终止，P[T|是一个断裂在预先存在的断裂上与它相交时终止的概率，所有的断裂都是从空间中均匀分布的中心位置生成的。对于每条裂缝，程序检查该裂缝是否与预先存在的裂缝相交。如果是的话，程序利用终止概率来决定是否截断断裂，使其终止于交叉点。如果断裂在该交汇处终止，则断裂在交汇处以外的部分将被丢弃。这可能会导致该断裂组的尺寸分布出现一些扭曲。只有在断裂交汇处才会发生断裂终止。如果从均匀分布的中心产生的断裂没有出现断裂交点，即使P[T|I]被设置为100%，也不会在交点处定义断裂终止。

本次试验使用了增强的Baecher模型, 中心点随机产生2000条节理，断裂产状按照Fisher分布，断裂尺寸(半径)按照幂指数分布,断裂形状取6边形，产生的模型如下图所示。该模型主要的统计参数：

Number of Fracture Sets    1

P32/P33 Volume [m3]    1.3920862e+008

Number of Fractures    2000

Total fracture area [m2]    11898199

Total fracture volume [m3]    1149.0218

P32 (fracArea/volume) [1/m]    0.085470278

P33 (fracVolume/volume)[-]    8.2539555e-006

Mean pole    85.142, 14.679

Equivalent Radius [m] mean    30.760026

Equivalent Radius std dev    30.78883

Equivalent Radius min    0.0145841

Equivalent Radius max    258.48746

Area [m2] mean    5949.0997

Area std dev    12829.658

Area min    0.00066820407

Area max    209907.92

Area sum    11898199

Volume [m3] mean    0.57451088

Volume std dev    1.5456115

Volume min    2.8735707e-009

Volume max    20.645129

Volume sum    1149.0218

倾角的直方图如下所示。

把这个模型输出为Fracman标准的断裂文件frac.fab。

3 导入到FLAC3D

在FLAC3D中，使用'fracture import from-file'命令导入frac.fab，使用'block'命令产生块体，如下图所示。

model new

model random  10000

model domain extent -500 500

fracture import from-file 'frac.fab' ...

format fracman dfn 'dfn_import' truncate

block tolerance 0.02

block create brick -10 10

block cut dfn name 'dfn_import'

block zone generate edgelength 1