[发明专利]裂隙岩体溶质浓度分布预测方法、存储介质和计算机设备

权利要求书

1.一种三维裂隙岩体溶质浓度分布的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100：获取三维裂隙岩体的裂隙网络几何统计参数，根据裂隙网络几何统计参数构建三维离散裂隙网络模型；

S200：截取三维离散裂隙网络模型的截面来表征三维裂隙岩体的裂隙面，利用网格将所述截面划分为若干个特征单元，基于傅立叶积分法确定三维离散裂隙网络模型的截面上的裂隙开度分布，并根据所述截面上的裂隙开度分布确定所述截面上每个特征单元的裂隙初始开度；

S300：根据立方定律构建三维裂隙岩体渗流模型，根据每个特征单元的裂隙初始开度，利用三维裂隙岩体渗流模型确定每个特征单元的水压力，并根据每个特征单元的水压力确定每个特征单元的水流速；

S400：对于每个特征单元，根据裂隙初始开度和水压力，基于刚块弹簧法确定新的裂隙开度，包括：

基于简化Barton-Bandis模型，根据每个特征单元的水压力确定每个特征单元中裂隙的法向位移，包括：利用下式确定每个特征单元中裂隙的法向位移：

u_n′m＝(σ_n′m-p_n′m)/k_n′m

其中，σ_n′m表示特征单元m中的裂隙法向应力，u_n′m表示特征单元m中裂隙的法向位移，p_n′m表示特征单元m的水压力，k_n′m表示裂隙的法向刚度；

基于Coulomb滑移准则，确定每个特征单元中裂隙的剪胀量，包括：根据每个特征单元所承受的切向应力，确定每个特征单元中裂隙的切向位移；根据每个特征单元中裂隙的切向位移，确定每个特征单元中裂隙的剪胀量；其中，利用下式确定每个特征单元中裂隙的切向位移：

σ_sm＝u_smk_s

其中，σ_sm表示特征单元m中裂隙所承受的切向应力，u_sm表示特征单元m中裂隙的切向位移，k_s表示裂隙的切向刚度；

利用下式确定每个特征单元中裂隙的剪胀量：

其中，u_dm表示特征单元m中裂隙的剪胀量，u_sm表示特征单元m中裂隙的切向位移，u_p表示裂隙的峰值切向位移，u_cs表示裂隙的峰后切向位移；

根据每个特征单元的裂隙初始开度、裂隙的法向位移和裂隙的剪胀量，确定该特征单元的新的裂隙开度，包括：利用下式确定该特征单元的新的裂隙开度：

b_cm＝b_m+u_n′m+u_dm

其中，b_cm表示力学-渗流耦合作用下特征单元m的新的裂隙开度，b_m表示特征单元m的裂隙初始开度，u_n′m为特征单元m的裂隙的法向位移，u_dm表示特征单元m的裂隙的剪胀量；

S500：比较每个特征单元的新的裂隙开度和与其对应的裂隙初始开度，

当至少一个特征单元的新的裂隙开度和与其对应的裂隙初始开度的差值的绝对值大于或等于预设阈值时，将新的裂隙开度作为该特征单元的新的裂隙初始开度，返回执行S300，

当每个特征单元的新的裂隙开度和与其对应的裂隙初始开度的差值的绝对值均小于预设阈值时，执行S600；

S600：基于粒子追踪法，确定基质岩石中的溶质浓度，并根据基质岩石中的溶质浓度以及每个特征单元的水流速和新的裂隙开度，确定三维裂隙岩体的溶质浓度分布，包括：

基于溶质粒子在基质岩石中的扩散传输机理，确定基质岩石中的溶质浓度，包括：利用下式确定基质岩石中的溶质浓度：

其中，C_r表示基质岩石中的溶质浓度，D_r表示基质岩石的扩散系数，表示梯度算子；

基于溶质粒子在裂隙中的平流传输机理，根据基质岩石中的溶质浓度以及每个特征单元的水流速和新的裂隙开度，确定裂隙中的溶质浓度，包括：利用下式确定裂隙中的溶质浓度：

其中，C_fm表示特征单元m中裂隙的溶质浓度，t表示时间，u_fm表示特征单元m的水流速，表示所述裂隙面上的梯度算子，D_f表示裂隙中的扩散系数，C_r表示基质岩石中的溶质浓度，α_s表示质量传递系数，b_cm表示力学-渗流耦合作用下特征单元m的新的裂隙开度。