流体在节理中的流动 (3DEC Joint Fluid Flow)
1. 引言
3DEC能够模拟非常复杂的流体流动以及流体与力的相互作用。总的来说，可以计算如下四大类问题：
(1) 孔隙压力(Pore Pressure)
(2) 基质流体流动(Matrix Fluid Flow)
(3) 节理流体流动(Joint Fluid Flow)
(4) 支撑剂(Proppant)
2. 模拟方法
3DEC模拟流体流动主要有两种方法：
(1) 仅对流体进行分析：在这种方法中，只对流体流动进行模拟，忽略岩体的力学行为。这种方法适用于岩体坚硬、变形可忽略不计的情况。
(2) 流体-力学耦合分析：在这种方法中，同时模拟流体流动和岩体的力学行为。当流体流动对岩体的应力和变形有重大影响时，就需要采用这种方法。
下面是模拟流体在流体中流动的一些关键步骤：
2.1 打开流体流动分析，配置流体模型
model config fluid这个命令激活 3DEC 中流体流动分析选项。默认情况下，3DEC 只模拟岩体的力学行为。配置流体流动选项后就可以模拟流体在节理和基质材料中的运动。
2.2 关闭大应变
model large-strain off这个命令指定模型不考虑大应变变形，假定模型中的应变很小，模型的几何形状在整个模拟过程中基本保持不变。在我的记忆中，流体在节理中的流动必须关闭大应变，否则计算时会出现错误，不确信V9.0版本是否对此作了改进。
2.3 定义节理属性
节理是两个岩石表面之间的界面，由于节理对岩体的整体力学和水力行为有影响，因此人们对节理进行了大量的实验和分析研究。节理的水力学行为主要受两个表面的粗糙度控制。粗糙度是节理成因的函数，例如，拉伸断裂的粗糙度比经历过一定剪切变形的断裂要明显。紧邻节理（包括节理本身）的狭窄岩石区域与远离节理的 "完整 "岩石的静水力学行为明显不同。
节理的变形能力远大于完整岩石的变形能力，两个接触面的粗糙度使得实际接触面积远小于两个接触面的重叠面积；节理平面上岩体的抗剪强度远小于完整岩石的抗剪强度，剪切变形的阻力主要来自摩擦力和接触面的粗糙度；节理的横截面积远远大于完整岩石中孔隙的横截面积。因此，流体通过节理的流速要比通过完整岩石孔隙的流速大几个数量级。然而，未断裂岩块的孔隙率分布在整个岩体中，因此基质孔隙率远大于节理造成的岩体孔隙率。所以，岩体中的流体流动受节理控制，而大部分流体则储存在完整岩石的孔隙中。
通常使用block cut joint-set命令产生节理，然后使用下面的命令定义节理属性：
block contact jmodel assign mohrblock contact property stiffness-normal 1e10 stiffness-shear 1e10
第一条命令为所有块体的接触指定为莫尔-库仑接触模型，该模型可真实模拟接触界面的摩擦和内聚行为。3DEC共有6种接触模型，不过莫尔-库仑接触模型的应用最广泛，因为该模型在计算精度和计算效率之间取得了良好的平衡。第二条命令设置节理的法向刚度和剪切刚度，这是节理属性的最小输入，还可以设置其它属性。
2.4 定义流体属性
流体属性最小的输入包括流体密度(kg/m^3)、动态粘度(mPa·s)和体积模量(MPa)。
block fluid property bulk 3.8e5block fluid property density 1000block fluid property viscosity 1e-3
大多数有限元软件不需要输入流体的体积模量，例如cosmol【流体的动态粘度 (Dynamic viscosity)】
3. 命令参考
(1) zone join permeability
(2) block fluid crack-flow
(3) flowplane active true/false
(4) flowplane group
(5) flowplane hide true/false
(6) flowplane list
(7) block insitu pore-pressure
4. 例子参考
(1) Analysis of a Concrete Diaphragm Wall (FLAC2D)【地下连续墙(Diaphragm Wall)小结】
(2) Dewatered Construction of a Braced Excavation (FLAC3D)【Mogalakwena 铂金矿边坡稳定性 (Mogalakwena Platinum Mine)】
(3) Excavation in a Saturated Soil【UNSAT2023---第八届非饱和土国际会议(Unsaturated Soils)】
(4) Impermeable Concrete Caisson Wall with Pretensioned Tiebacks (FLAC3D)【二维有限元分析锚杆(Bolt)的模拟方法】
(5) Hydraulic Fracture with DFN【两个研究报告预告---XFEM和概率稳定性分析】
