ris研究中岩体介质渗流模型的选择问题

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1、RIS研究中岩体介质渗流模型的选择问题（广丙壮族自治区地震局，广丙，南宁，530022）【摘要】RIS实质上是在库水加卸载及渗透过程中，地下岩体介质变形与流体渗流耦合作用造成的岩体失稳问题，需要在一个综合考虑构造应力场、渗流场与岩体变形、失稳相互关系的地质力学框架体系内进行讨论，RIS定量评价研究中如何选择岩体介质渗流模型是一个关键问题，木文研宄认为宄竞是选取多孔连续介质渗流模型，还是选择双重介质渗流模型，要视库区岩体的结构特征及表征单元体（REV）的大小而定。【关键词】RIS;岩体介质；渗流模型引言水库诱发地震（Reservoir-induceds

2、eismicity，简称RIS）是一笑特殊的地震活动，主要是由于水库蓄水或排水过程引发的在一定时间内库区及其周边不大区域范围内所发生的地震活动（秦嘉政等，2009）。20世纪60年代世界上接连发生水库诱发6级以上强震以后，RIS很快引起社会各界的广泛关注，相继开展了一系列研究活动，召开了一系列学术会议。特别是上世纪80年代以来，RIS逐渐成为地学界研宄的热门和前瞻性课题之一。国内外地震、地球物理、水利水电、教育院校等专业部门和学术机构以及众多专家学者积极投身到此项研究中,在RIS的地震学特征、易于诱发地震的地质构造条件、诱震机理及预测评价方法等方面都

3、取得了一定的进步。RIS实质上是在库水加卸载及渗透过程中，地下岩体介质变形与流体渗流耦合作用造成的岩体失稳问题，需要在一个综合考虑构造应力场、渗流场与岩体变形、失稳相互关系的地质力学框架体系内进行讨论（周斌，2010）,无论从学科发展还是工程实践要求上讲，釆用基于地下流一固耦合理论的定量模型研究是RIS学科发展的必然之趋势（易立新，2001）。在此方面，Talwani等（Talwanietal.,1984;Roeloffs,1988;Simpsonetal.,1990）通过计算水库蓄水对断层和震源处应力场的影响;Bell等（Belletal.,197

4、8）基于Boit多孔介质经典理论，计算了二维半无限空间均匀介质和含断层介质在库水作用下强度的变化；沈立英（1989）用同一方法计算了新丰江水库蓄水后的孔隙压力扩散。这些研究成果大多是在半无限弹性介质的假设下，利用格林函数和孔隙压力扩散方程求解应力场和流体压力场，定量讨论断层库仑应力变化对库体荷载及附加水头压力扩散的静态响应问题。此方法虽然便捷，但在处理复杂介质域吋却奋很大的局限性。因此，在库区地质调查的基础上，建立切合实际的地质构造及水文地质结构模型，并充分考虑地下岩石介质的不均匀性，以此幵展RIS问题定量研究将是一条有效的途径。这就必然涉及到岩体介

5、质渗流模型的选择问题，本文对此进行了初步的讨论，以期对RIS定量研究有所裨益。1.岩体介质渗流模型岩体的空隙是地下流体赋存的场所和运移的通道，岩体空隙的分布形状、大小、连通性以及空隙的类型等，影响着岩体的力学性质和渗透特性。目前，岩体介质渗流模型主要有多孔连续介质、裂隙离散介质和双重介质三种类型。1.1多孔连续介质渗流模型广义的讲，可以把孔隙介质、裂隙介质和某些岩溶不十分发育的石灰岩和白云岩组成的介质都称为多孔介质（薛禹群，1997）。按照连续介质力学的假设，把包含在多孔介质表征申元体（RepresentativeElementaryVolume，简

6、称REV）内的所冇流体质点与固体颗粒的总和称为多孔介质质点，则由连续的多孔介质质点组成的介质便称为多孔连续介质。实际上，自然界中真正的多孔连续介质岩体是不存在的，因为即使是最坚固的花岗岩体也具奋发育稀疏的节理或断层。但是，如果多孔介质岩体受到较强的围限作用以致不出现较大的主应力差、岩体内不连续面尺度与所研宄的整个岩体尺度之比远远小于1，并且苏基本单元足够小，以致允许对其进行试验或通过其他方式确定其力学性质，则岩体就可被视为等效多孔连续介质进行处理（StaggKG,etal.,1969）。多孔连续介质（或等效多孔连续介质）模型可以用经典的孔隙介质渗流分

7、析方法，使用上极为方便。对于岩体稳定滲流，只要岩体滲流的表征单元体REV存在且不是太大，应尽量采用此模型。1.2裂隙离散介质渗流模型若忽略岩块的透水性，认为水只在裂隙网络中流动，即为裂隙离散介质渗流模型。裂隙离散介质渗流模型以单个裂隙水流基本公式为前提，利用流入和流出各裂隙交叉点的流量相等来求其水头值。模型较好地描述了裂隙岩体的非均匀性和各向异性，当岩体很致密，确实可忽略其渗透性时，具冇拟真性好、精度高等优点。其不足之处在于研究区内全部裂隙的几何参数很难获得，在研究区尺度稍大吋甚至难以实现，另外模型的计算量也很大。1.3双重介质渗流模型裂隙岩体中的非

8、连续面按其滲流作用不同可以分为主干裂隙和一般小裂隙。主干裂隙如断层、剪切破碎带、层间错动带和大节理等，通常切