三维裂隙渗流模拟中裂隙对相交判断过程的优化

李致宇,王明玉,赵建辉,3,王慧芳

(1．中国科学院大学资源与环境学院,北京 100049;2．中国科学院大学水系统安全研究中心,北京 100049;3．河南大学 计算机与信息工程学院,河南开封 475001)

三维裂隙渗流模拟中裂隙对相交判断过程的优化

李致宇1,2,王明玉1,2,赵建辉1,2,3,王慧芳1,2

(1．中国科学院大学资源与环境学院,北京 100049;2．中国科学院大学水系统安全研究中心,北京 100049;3．河南大学 计算机与信息工程学院,河南开封 475001)

离散裂隙网络模型是模拟预测矿井突水事故有力工具。精确构建裂隙网络的几何结构需要判断大量裂隙之间的拓扑关系,而这一过程会显著影响数值模拟效率。引入定向包围盒技术对传统相交分析“两步法”进行算法优化,提出运算成本估算公式和基于假想裂隙面的参数选取方法。经多组相交实验表明,在大规模裂隙模拟中采用定向包围盒的整体运算时间与范围盒和轴向包围盒相比可节约40%和20%。

三维裂隙渗流;裂隙相交分析;离散裂隙网络;定向包围盒

煤矿突水事故与导水裂隙紧密相关[1-2],大量彼此相交的裂隙交织成网络为水源提供了通道,威胁着生产安全。离散裂隙网络(DFN)模型是对天然裂隙网络的概化与“数字重现”,是精确刻画裂隙介质渗流的重要基础。Baecher提出将裂隙概化为三维圆盘[3],该方法几何描述简单易于数值实现,此后众多学者基于此对裂隙网络的构建方法与连通性进行了研究[4-7]。笔者后续的研究也是基于圆盘模型。

构建裂隙网络涉及一系列复杂的工作流程,其中对裂隙进行相交判断是一项基础性工作。……