Page 82 - 2023年第54卷第5期

－ ６
{ ｋ＝ ３．８２ × １０ ，倾向 ３５０．７°，倾角 ４．７° （２０）
１
－ ５
ｋ＝ ３ ．４１ × １０ ，倾向 ８２．５°，倾角 ２０．４°
２
－ ５
ｋ＝ ４ ．８４ × １０ ，倾向 ２４８．３°，倾角 ６９．０°
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比较式（ １８）和式（２０）可知，利用环单元模型计算得到的渗透主值与文献［２５］得到的结果相比，
基本相同，说明环单元模型能准确计算实际工程的渗透张量，是一种非常实用的简化模型，可运用于
工程设计中渗透张量的计算。

５ 结论

研究渗透张量的计算模型对岩体渗流具有重要意义。本文提出了新型空间一维环单元模型来计算
渗透张量，并根据自编译的渗流有限元 Ｃ ＋＋ 程序对该模型进行了合理性验证，具体结论如下：
（１）环单元模型是可行的。渗透张量解析解与环单元模型数值解基本相同，且在同一数量级上。
通过计算实测裂隙岩体的渗透张量发现，环单元得到的结果与现场压水实验校核过的结果基本相同，
在主系数上，平均误差只有 １０％左右，最大误差只有 ２３％，满足一般工程的误差要求。
（２）环单元模型的精度较高。面状流模型相比其它模型简化程度更低，越接近于实际中裂隙结构
面存在形式，所以精度一般较高，而校核结果显示，环单元模型计算结果比面单元模型更准确，说明
环单元模型的精度优于面单元模型。
（ ３）环单元模型非常简便且实用。对于同一裂隙岩体的模拟，环单元模型网络产生的结点数和单
元数明显少于面单元模型网络产生的，因而能使计算规模大大减小。工程中为节省计算时间，可优先
选择环单元模型，而且所得渗透张量结果精度高，对工程设计的应用价值高。
本文一维环单元模型的研究成果可用于提高实际工程设计的效率，从不同的角度考虑：（ １）现阶
段，工程设计都采用三维圆盘形裂隙网络来模拟裂隙岩体渗流，而一维环单元模型能简化复杂的三维
裂隙圆盘形网络，让计算机模拟的存储规模变小；（ ２）工程设计的特点是耗时越少越好，而本研究将
平面二维算法转变成了简单的一维算法，优化了算法，能加快工程设计的进度；（３）本研究提高了渗
流模型的计算精度，一维环单元模型能满足对渗透张量求解精度要求较高的实际工程设计；（ ４）在实
际工程设计中，如果对裂隙网络非恒定流问题进行计算，一维环单元模型也能准确反映真实流态与时
间。在以往的实际工程设计中，对裂隙岩体渗透张量的求解只局限于采用管单元模型或面单元模型，
本文提出的一维环单元模型增加并优化了渗透张量的算法模型。但本文还有几点值得进一步研究：
（ １）本文设置裂隙网络研究域为固定的，后续可采用旋转研究域方法进行研究，并确定 ＲＥＶ尺寸；
（２）文中属恒定流问题，可继续研究环单元模型的非恒定流问题；（３）本文渗流主方向的结果并没有特
别理想，需根据裂隙的粗糙性设定影响因子去更好地拟合。

参 考 文 献：

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５２（４）：４２０ － ４３１．
［ ２］ 林兴超，凌永玉，汪小刚，等．典型结构面分布型式节理岩体室内直剪试验研究［Ｊ］．中国水利水电科学
研究院学报，２０２１，１９（１）：４５ － ５４．
［ ３］ 夏露，谢娟，于青春．裂隙延展性统计分布离散性对岩体块体化程度 ＲＥＶ的影响［Ｊ］．水文地质工程 地
质，２０１９，４６（４）：１１２ － １１８．
［ ４］ ＰＨＡＭ Ｈ，ＰＡＲＡＳＨＡＲＲＳ，ＳＵＮＤＮ，ｅｔａｌ．Ａｍｅｔｈｏｄｔｏｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｗｅｌｌｉｎａｔｈｒｅｅ － ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｄｉｓｃｒｅｔｅｆｒａｃ
ｔｕｒｅｎｅｔｗｏｒｋｍｏｄｅｌ ［Ｊ］．ＧｒｏｕｎｄＷａｔｅｒ，２０２０，５９（２）：２８１ － ２８６．
［ ５］ 叶祖洋，姜清辉，刘艳章，等．岩体离散裂隙网络的非饱和渗流数值分析［Ｊ］．岩土力学，２０１７，３８（１１）：
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