1.一种离散裂隙网络注浆过程描述方法,其特征在于,具体包括如下步骤:S1,通过野外裂隙调查和蒙特卡洛法算法构建离散裂隙网络模型;
S2,利用邻接矩阵法,进行离散裂隙网络浆液扩散路径识别;
S3,考虑浆液黏度时空变换,进行单一裂隙内部浆液扩散计算;
S4,计算交叉位置,包括:平直裂隙、弯折裂隙、交叉裂隙与分叉裂隙节点位置处的浆液流量分配情况;
S5,识别浆液路径、裂隙扩散以及交叉位置流量分配的参数连接,判断浆液扩散的先后顺序;
步骤S2具体包括如下步骤:
S2.1,从裂隙节点数据集合 中移除孤立节点与裂隙,裂隙的删除原则应同时满足: 且节点数量≤2;
S2.2,将裂隙节点数据集合 中的所有裂隙节点根据裂隙编号 及 坐标从小到大依次排序,如果裂隙节点 的裂隙编号 与裂隙节点的裂隙编号 相同,表明两个裂隙节点属于同一裂隙,浆液可从两节点间流动,两个对应的矩阵单元表示为 ;相反,则;全部识别后,将所有裂隙节点根据裂隙编号及 坐标大小从小到大依次排序,重复步骤S2.2;计算完毕即可获得初始的邻接矩阵TDCM;
S2.3,将TDCM矩阵中重复的第 行与第 列,以及裂隙节点数据集合 中的数据删除,即 , , ;
S2.4,利用初始入口的裂隙节点建立集合 ,随后,通过布泽尔运算法自动对TDCM中的 节点所在的行进行连通路径识别,即令,即可建立与 中节点连通
的二级连接节点集合 ,并将 作为新的 ,继续搜索;当时,表明特征点无相互连接的节点,此点为裂隙端点,不再扩散;
步骤S3具体包括如下步骤:
S3.1,输入注浆参数,包括:注浆速率 ,黏度函数 ,注浆总时间 ,时间间隔 ,裂隙开度 ;
S3.2,计算浆液在时间间隔 内的扩散距离 ,通过第 秒时刻下的浆液锋面平均速度 计算而得;单元 的起始位置 与终止位置 间的关系表示为:;
(2);
其中 代表单元 的裂隙开度;
浆液的平均扩散距离 取起始位置 与终止位置 的平均值表示: (3);
S3.3 ,根据注浆时间,计算浆液平均黏度 : (4);
(5);
其中,裂隙单元内、外边界处浆液黏度分别为 和 ;
S3.4,每个裂隙单元的黏滞压降表示为 : (6);
S3.5,将得到的每个裂隙单元的压力差进行累加,计算并更新,可以得到浆液锋面在第个单元边界时的注浆空间压力变化值;
(7);
其中, 为裂隙单元内边界处的压力值, 为裂隙单元内、外边界处的压力差,为裂隙单元外边界处的压力值;
S3.6,模拟浆液继续注入,更新时间步,循环步骤S3.1 步骤S3.5,当注浆时间~时,注浆数值计算过程结束;保存注浆扩散数据;并形成裂隙扩散函数 以便
步骤S5调用;其中 为裂隙开度, 为注浆总时间, 为注浆时间, 为时间步长, 为黏度函数, 为节点压力,为注浆速率,为裂隙长度;
步骤S5具体包括如下步骤:
S5.1,输入注浆孔口节点编号 ,即 ;利用TDCM搜索节点 的连接节点 ,令 ;输入注浆设计参数,单一裂隙浆液扩散过程中,所需参数有包括裂隙开度 ,注浆总时间 ,注浆时间 ,时间步长 ,黏度函数 ,节点压力 ,注浆速率 ,裂隙长度;
S5.2,确定参数裂隙开度 与裂隙长度,令裂隙扩散函数 读取步骤S5.1中的参数,令 、 读取注浆孔口节点和与注浆孔口节点相邻节点信息,随后,裂隙扩散函数 将开展运行,自动在节点信息集合中进行裂隙节点的搜索,并计算裂隙内的浆液扩散过程,当浆液扩散距离满足时,表明浆液扩散距离已由第 个裂隙节点扩散至第 个裂隙节点;其中 代表扩散的长度,代表裂隙总长度,代表误差,取0.01;
扩散结束时裂隙扩散函数将自动返回注浆时间 、剩余注浆时间、获取节点压力 及注浆速率 ,建立扩散信息集合;
S5.3,随后,对 中 列数据由小到大排列,确定接下 来的 裂隙 扩散 节点 ,读 取 中 的数 据 ,带 入函 数进行计算,获取裂隙扩散信息;当读取新节点后,裂隙扩散函数重新识别裂隙交叉数量以及各裂隙流量大小;随后,重复步骤S5.2与S5.3,直至,浆液扩散模拟结束。
2.根据权利要求1所述的一种离散裂隙网络注浆过程描述方法,其特征在于,步骤S1具体包括如下步骤:S1.1,输入裂隙网络几何参数的基本数据,包括:裂隙产状的组数 、每个裂隙组的密度、裂隙中心点、裂隙倾角、裂隙长度和裂隙开度模型所需要的均值、标准差,其中,裂隙中心点坐标生成采用泊松分布,裂隙倾角生成采用正态分布,裂隙长度与裂隙开度采用对数正态分布;
S1.2,根据裂隙网络几何参数的基本数据采用蒙特卡洛算法生成各裂隙参数的数据集合,储存于Matlab内部,分别为:裂隙中心点集合 ;
裂隙倾角集合 ;
裂隙长度集合 ;
裂隙开度集合 ;
其中,裂隙中心点坐标为 ,裂隙倾角为 ,第n个裂隙的裂隙长度为 ,第n个裂隙的裂隙开度为 ;
S1.3,根据裂隙中心点坐标,结合裂隙长度、倾角生成各裂隙的端点坐标,以第 个裂隙的左侧端点为例,左侧端点 按照公式(1)计算: (1);
式中, 为第n个裂隙中心点的笛卡尔坐标; , 分别为第n个裂隙左侧端点的笛卡尔坐标;
S1.4,重复步骤S1.2和步骤S1.3直到得到所有的裂隙节点,使用matlab软件plot函数绘制图像;同时,根据步骤S1.3中的参数,建立裂隙端点集合,其中 为数据编号, 为裂隙端点坐标, 和表示裂隙的编号;在裂隙端点集合中端点仅属于单一裂隙内部,因此 ;
S1.5,利用裂隙端点集合 根据线段相交判别公式计算各裂隙相交情况,获取裂隙交点集合 ,由于交点为两条裂隙相交而成,因此 ;
S1.6,合并裂隙端点集合 与裂隙交点集合 ,建立裂隙节点数据集合 。
3.根据权利要求1所述的一种离散裂隙网络注浆过程描述方法,其特征在于,步骤S4具体包括如下步骤:S4.1,计算平直裂隙节点处浆液流量,平直裂隙包括:恒定裂隙开度和变径裂隙开度,两种均满足流量守恒定律,即 ; 和 分别表示第 个裂隙节点和第 个裂隙节点相交时,第 个裂隙节点和第 个裂隙节点处的流量;
S4.2,计算弯折裂隙节点处浆液流量,弯折裂隙浆液扩散过程中,流体流动将导致水头损失 ,水头损失 与裂隙外角 以及流体速度 满足公式(8): (8);
式中, 和 为固定常数;
S4.3,计算分叉裂隙节点处浆液流量,设分叉裂隙内浆液流量分配系数为 、 ,则满足式: (9);
(10);
其中, 和 为第 个裂隙节点和第 个裂隙节点的裂隙开度;
S4.4,交叉裂隙与分叉裂隙浆液扩散模型相同,采用公式(9)与(10)计算裂隙在节点处的流量分配问题。