离散断裂网络DFN模型---Baecher Model

1 引言

近二十年来, 离散断裂网络DFN在许多工程领域得到了应用,主要包括采矿工程、土木工程、环境工程和石油储藏工程。迄今为止, 在水力学和岩石工程领域(离散断裂网络DFN---从流体到固体的模拟), 已经发展出许多DFN模型(离散断裂网络DFN模型总结), 而且研究者们还在继续发展新的DFN模型, 但是由于这些模型作了许多数学上的假设, 而岩体由于地质构造作用的不同, 呈现出千变万化的特征, 因此提出的大多数模型还没有在实践中得到充分验证和应用。不过, 其中一些模型已经在岩石工程中得到了广泛应用, 例如Veneziano模型(离散断裂网络DFN模型---Veneziano Model), Voronoi 模型(Voronoi多边形在有限元中的应用; 二维Voronoi 块体生成方法; 三维Voronoi块体的单轴抗压强度试验). 本文简要描述了另一个广泛使用的模型: Baecher模型 .


2 Baecher模型

DFN显式地将断裂或者节理作为不连续的特征,用带有概率分布的随机变量来定义. 因此,DFN可以用来推断现场观测数据,从而代表岩体不连续的性质。离散断裂网络模型是根据断裂特征之间的特定关系生成的,如断裂产状、断裂、尺寸和终止条件。其中, Baecher模型(Baecher et al., 1978, Statistical Description of Rock Properties and Sampling)是一种非常灵活的算法,可以生成复杂的节理网络。

Baecher模型

Baecher模型是一个典型的盘形节理模型,其中节理尺寸即迹长是有限的,并且遵循某种统计分布。每个节理由三个参数定义,即中心点、产状和直径。节理的中心按照泊松点过程在空间中定位, 在三维空间中均匀分布, 而产状和直径既可以按照概率分布函数定义分布变化,也可以是常数。通常我们假定产状服从Fisher分布. 模型中产生的节理数量由节理烈度来控制。Baecher模型是Itasca系列软件和Golder FracMan中主要使用的DFN模型.


作为对比, 在二维平面上,Baecher模型与Veneziano模型类似,节理由独立的线段来表示, 而Veneziano模型的断裂是由共面线段来表示。Baecher模型的迹长呈对数正态分布, 而Veneziano模型的迹长呈指数分布.

生成的二维Baecher模型

目前, Baecher模型保存在两个文件夹内, 一个用来保存pdf文件[23个] (..\Rock Mechanics\Baecher Model), 另一个保存txt文件, 用于机器学习(..\mydata\temp\Baecher Model).

3 参考文献

[1] Dershowitz W.S. Einstein H.H. (1988) Characterizing Rock Joint Geometry with Joint System Models. Rock Mechanics and Rock Engineering 21, 21-51.


[2] Dershowitz, W.S. (1984) Rock joint systems. MIT Ph.D Thesis. 918p.


[3] Staub I. et al (2002) Strategy for a Rock Mechanics Site Descriptive Model---Development and testing of the theoretical approach. Golder Associates AB. 219p.