裂隙介质渗透性的升尺度转换研究

研究裂隙介质渗透性的升尺度转换,对准确刻画裂隙介质渗流场特征具有非常重要的意义。以某地下水封洞库的结晶岩裂隙介质统计数据为基础,应用Monte-Carlo随机模拟技术生成二维离散裂隙网络(DFN)模型,计算得到变尺寸模拟域的渗透性参数及不同尺寸网格化划分后各网格单元的等效渗透系数,并对网格单元等效渗透系数进行升尺度运算。结果表明:模拟域尺寸达到渗透性典型单元体(REV)尺寸22 m×22 m后,模拟域可视为等效连续介质;网格化处理后,小于REV尺寸的网格单元升尺度运算得到的等效渗透系数显著小于裂隙网络模型计算得到的对应复合网格单元的等效渗透系数。因此,渗流计算单元尺寸达到REV尺寸后,其渗透性参数可以有效代表研究区内更大尺寸区域的渗透性特征;当渗流计算单元尺寸小于REV尺寸时,其渗透性参数无法有效代表研究区内更大尺寸区域的渗透性特征,此时对渗透性参数进行参数升尺度运算往往具有低估的误差,不具有实际意义。

强烈非均质裂隙介质优先流及其工程意义--以HN地下水封洞库为例

在地下洞库工程建设中,低渗岩体内发育的节理密集带、断层等空隙中通常形成优先流,从而对洞库涌水量与储品水封安全性造成严重影响,因此裂隙介质优先流的识别、工程风险评估以及防渗控制研究具有重要意义。以HN地下水封石油洞库为例,使用FEFLOW地下水模拟工具的非结构化剖分技术对优先流潜在通道进行了精细的几何刻画,建立了工程场区尺度的地下水水流模型,并对施工期中优先流防渗处置不同工况下洞库涌水量与储品水封安全性进行了模拟分析。结果表明:优先流是影响洞库围岩中地下水的流场形态以及洞库涌水量的重要因素,断层、节理密集带等不连续面是主洞室涌水主要的充水途径,优先流形成的涌水量占据主洞室总涌水量的60%以上。在地下工程施工期间做好优先流通道的防渗处理是必不可少的工作。

初始浓度分布对一维含水层中溶质运移的影响

为了研究含水层中任意初始浓度分布条件下一维含水层介质中的溶质运移规律,采用对流-弥散方程构建考虑任意初始浓度分布条件下一维含水层介质中溶质运移动力学数学模型,模型采用持续注入示踪剂、瞬时注入示踪剂和脉冲注入示踪剂3种不同的边界条件,数学模型的求解采用格林函数法.并通过开展室内一维砂柱实验进一步验证模型的科学性和适用性.结果表明:初始条件对溶质运移结果的影响不容忽视,新模型能够模拟不同初始条件下的一维溶质运移过程;新模型通过将流速变化处理为线性变化可以用来研究非稳定流条件下溶质运移过程;新模型是前人模型的完善,模型包含3种不同类型的内边界条件和任意的初始条件,新模型也能为地热开发利用提供理论依据.

低渗透性裂隙介质中激发强度对Slug试验的影响研究

Slug试验是一种经济、快速测定介质渗透系数的原位试验方法。但对于低渗透性裂隙介质中不同激发强度对Slug试验影响的报道较少。通过在低渗透性裂隙介质中对同一试验段采用“小—中—大”激发方式开展Slug试验,利用前人建立的Bouwer&Rice理论模型求取低渗透性裂隙介质的渗透系数,对比分析在不同激发强度条件下低渗透性裂隙介质渗透系数计算结果的差异性,并通过求取雷诺数来表征不同激发强度下钻孔附近的实际地下水流态,讨论了适宜的激发强度。试验结果表明:随着激发强度的增加,地下水非线性流作用显著,受非线性流的影响,采用常规Slug试验理论模型求取的地层渗透系数估计值偏低,故在低渗透性裂隙介质中开展Slug试验时,应采用较小的激发强度。

基于离散裂隙网络法和水流数值模拟技术的地下水封洞库水封性研究

水封性是保证地下水封洞库安全运营的关键,目前研究地下水封洞库水封性的主要难点在于裂隙岩体含水层强烈的非均质性和各向异性。以某地下水封洞库工程为背景,通过实测裂隙几何参数分析裂隙发育特征,建立了研究区离散裂隙网络模型。之后对研究区进行网格化划分计算了各单元体渗透系数张量,基于对裂隙渗流基本规律的理解和假设建立了研究区高精度的非均质各向异性渗流模型,并对研究区渗透性特征进行分析。通过建立非均质各向异性渗流模型对水幕系统水封性能进行了探讨并与传统均质各向同性渗流模型进行对比分析,利用该模型可以弥补传统均质各向同性渗流模型的不足,更加准确地评价由于裂隙岩体非均质各向异性造成的储品泄漏风险。

承压含水层中放射性示踪剂的非常规径向弥散机理

采用放射性示踪剂评价承压含水层对污染的敏感性和再现污染物补给历史时,示踪剂在承压含水层中的迁移机理尤为重要。采用两区模型建立考虑混合效应的径向弥散数学模型来研究放射性示踪剂在承压含水层中的非常规径向弥散机理,采用拉普拉斯变换法推导模型的解析解,采用Stehfest法实现拉普拉斯数值逆变换;为了检验模型中假定条件的精度,利用COMSOL软件建立有限元数值模型进行模拟验证。结果表明:①混合效应越明显时,放射性示踪剂在井筒中的浓度越低;②放射性示踪剂的衰变常数越大,其在承压含水层中的迁移越缓慢;③当质量传输速率小于0.001 a^(-1)时,可以忽略非常规径向弥散对放射性示踪剂的影响,反之,质量传输速率越大,放射性示踪剂在承压含水层中的浓度越低。