(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111438438.4 (22)申请日 2021.11.30 (71)申请人 合肥工业大 学 地址 230000 安徽省合肥市包河区屯溪路 193号 (72)发明人 马雷　高迪　钱家忠　赵卫东　 骆乾坤　闫永帅　 (74)专利代理 机构 北京超凡宏宇专利代理事务 所(特殊普通 合伙) 11463 代理人 于彬 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种多尺度裂隙基质系统中地下水耦合模 拟的方法和装置 (57)摘要 本申请提供了一种多尺度裂隙基质系统中 地下水耦合模拟的方法和装置， 该方法包括： 获 取在待模拟区域内岩体的多尺度裂隙的统计数 据； 基于所述多尺度裂隙的统计数据， 生成多尺 度裂隙系统； 分别对所述多尺度裂隙系统中的小 尺度离散裂隙模 型、 中尺度离散裂隙模型和大尺 度离散裂隙模 型进行转化， 得到多尺度裂隙基质 连续介质模 型； 通过多尺度裂隙基质连续介质模 型对所述岩体的水流运移和溶质运移进行模拟， 得到所述岩体的水头分布模拟图和浓度分布模 拟图。 通过所述方法和装置， 可 以对岩体中的多 种尺度的裂隙进行模拟， 可以提高对岩体水流运 移和溶质运移模拟的准确性， 进而， 更加准确地 模拟出岩体内部地下 水的真实状态。 权利要求书3页 说明书19页 附图3页 CN 114065593 A 2022.02.18 CN 114065593 A 1.一种多尺度裂隙基质系统中地下 水耦合模拟的方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 获取在待模拟区域内岩体的多尺度裂隙的统计数据； 所述多尺度裂隙包括小尺度裂 隙、 中尺度裂隙和大尺度裂隙； 基于所述多尺度裂隙的统计数据， 生成包含有小尺度离散裂隙模型、 中尺度离散裂隙 模型和大尺度离 散裂隙模型的多尺度裂隙系统； 分别对所述多尺度裂隙系统中的小尺度离散裂隙模型、 中尺度离散裂隙模型和大尺度 离散裂隙模型进行转 化， 得到多尺度裂隙基质连续介质模型； 通过多尺度裂隙基质连续介质模型对所述岩体的水流运移和溶质运移进行模拟， 得到 所述岩体的水头分布模拟图和浓度分布模拟图。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述分别对所述多尺度裂隙系统中的小尺 度离散裂隙模型、 中尺度离散裂隙模型和大尺度离散裂隙进行转化， 以得到多尺度裂隙基 质连续介质模型， 包括： 针对所述多尺度裂隙系统中的小尺度离散裂隙模型， 将所述小尺度离散裂隙模型转化 为多孔介质模型， 并对所述小尺度离散裂隙模 型的渗透系数与岩 体基质的渗透系数进 行等 效处理， 以得到等效增强型基质； 将所述多尺度裂隙系统中的岩体 基质替换为所述 等效增强型基质； 将所述待模拟区域剖分为均匀大小的空间网格， 针对所述多尺度裂隙系统中的中尺度 离散裂隙模型和大尺度离散裂隙模型， 对所述中尺度离散裂隙模型和所述大尺度离散裂隙 模型所在空间进 行非均匀网格剖分以得到细化空间网格， 并将所述中尺度离散裂隙模型和 所述大尺度离 散裂隙模型映射到所述细化空间 网格中， 以得到连续介质模型； 将多尺度裂隙系统中的中尺度离散裂隙模型和大尺度离散裂隙模型替换为所述连续 介质模型， 得到多尺度裂隙基质连续介质模型。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述针对所述多尺度裂隙系统中的小尺度 离散裂隙模型， 将所述小尺度离散裂隙模型转化为多孔介质模型， 并对所述小尺度离散裂 隙模型的渗透系数与岩体 基质的渗透系数进行等效处 理， 以得到等效增强型基质， 包括： (a)从所述小尺度离散裂隙模型中截取出小尺度离散裂隙子模型； 其中， 所述小尺度离 散裂隙子模型的边长为所述小尺度裂隙平均长度的第一预设倍数； (b)以所述小尺度离散裂隙子模型的中心位置为中心确定出正六面体模拟区域； 其中， 所述正六面体模拟区域的边长为所述小尺度裂隙平均长度的第二预设倍数； (c)按照所述正六面体模拟区域， 从所述小尺度离散裂隙子模型中截取出三维离散裂 隙模型； (d)利用渗流模拟算法计算出所述三维离散裂隙模型的多个等效渗透系数； 其中， 所述 多个等效渗透系数中包括在X轴方向上的等效渗透系数、 在Y轴方向上的等效渗透系数和在 Z轴方向上的等效渗透系数； (e)按照预设长度增大所述正六面体模拟区域的边长， 返回执行步骤(c)， 直至相邻两 次的等效渗透系数之间的差值小于或等于变化阈值， 得到所述等效增强型基质的多个等效 渗透系数， 并将所述 正六面体模拟区域确定为所述 等效增强型基质的典型 单元体。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 所述利用渗流模拟算法计算出所述三维离 散裂隙模型的多个等效渗透系数， 包括：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114065593 A 2针对所述三维离散裂隙模型内空间坐标系中的每个坐标轴方向， 设置与该坐标轴方向 平行的等间距的N个平面； N 为大于或等于2的正整数； 针对每个平面， 利用该平面截取 所述三维离散裂隙模型， 以得到N个的二维裂隙试样； 针对每个二维裂隙试样， 计算该二维裂隙试样的等效渗透参数； 取N个等效渗透参数的平均值作为该坐标轴方向上的等效渗透系数。 5.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述将所述待模拟区域剖分为均匀大小的 空间网格， 针对所述多尺度裂隙系统中的中尺度离散裂隙模型和大尺度离散裂隙模型， 对 所述中尺度离散裂隙模型和所述大尺度离散裂隙模型所在空间进行非均匀网格剖分以得 到细化空间网格， 并将所述中尺度离散裂隙模型和所述大尺度离散裂隙模 型映射到所述细 化空间网格中， 以得到连续介质模型， 包括： 对所述多尺度裂隙系统的待模拟区域进行剖分， 得到多个大小相同的正六面体单元 格； 针对每个所述正六面体单元格， 当该正六面体单元格内存在裂隙时， 确定该正六面体 单元格为相交单 元格； 针对每个相交单元格， 对该相交单元格以及该相交单元格周围的所有正六面体单元格 进行剖分， 得到多个剖分单 元格， 以生成所述细化空间 网格； 将所述中尺度离散裂隙模型和所述大尺度离散裂隙模型映射到所述细化空间网格 中， 并利用所述多尺度裂隙系统中大尺度裂隙和中尺度裂隙的统计数据， 计算所述待模拟区域 中每个待模拟单元格的渗透率和孔隙度， 以得到连续介质模型； 所述待模拟单元格包括剖 分单元格以及正六面体单 元格中除剖分单 元格以外的所有正六面体单 元格。 6.根据权利要求5所述的方法， 其特征在于， 所述通过多尺度裂隙基质连续介质模型对 岩体的水流运移和溶质运移进行模拟， 得到所述岩体的水头分布模拟 图和浓度分布模拟 图， 包括： 针对所述多尺度裂隙基质连续介质模型中的每个待模拟单元格， 建立该待模拟单元格 的水量均衡方程和质量守恒方程； 基于所述水量均衡方程计算出所述多尺度裂隙基质连续介质模型中的每个待模拟单 元格的水头值； 基于所述质量守恒方程计算出所述多尺度裂隙基质连续介质模型中的每个待模拟单 元格的溶质浓度值； 将每个待模拟单元格的水头值和溶质浓度值映射到所述多尺度裂隙基质连续介质模 型中， 以得到所述水头分布模拟图和所述浓度分布模拟图。 7.根据权利要求6所述的方法， 其特征在于， 通过以下步骤计算所述多尺度裂隙基质连 续介质模型中的每 个待模拟单 元格的水头值： 在所述多尺度裂隙基质连续介质模型的边界设置水流边界条件， 并设置初始水头条 件， 其中， 所述水流 边界条件为 流量边界或水头边界； 针对所述多尺度裂隙基质等效连续介质模型中的每个待模拟单元格， 基于所述水流边 界条件、 所述初始水头条件和该待模拟单元格的属 性参数， 利用所述水量均衡方程计算该 待模拟单 元格的水头值； 通过以下步骤计算所述多尺度裂隙基质连续介质模型中的每个待模拟单元格的溶质权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114065593 A 3