岩体裂隙中渗流场有限元随机模拟分析

采用有限元方法数值，模拟了开度随机分布裂隙中的渗流场问题。根据给定的裂隙开度均值和标准差，随机分布生成有限元模型中的单元裂隙开度，模型中的材料参数和单元属性用ansys中的apdl参数化语言赋值。根据有限元随机模拟断面的流量分布和稳态渗流问题的达西定律，计算在不同裂隙开度标准差条件下的等效导水系数，研究等效导水系数与裂隙粗糙度之间的关系。数值模拟结果表明，与光滑平直的裂隙相对比，在裂隙平均开度为常数、开度随机正态分布的条件下，表面粗糙裂隙的等效导水系数略有降低；对于裂隙平均开度为0.5mm的裂隙模型，裂隙开度标准差从0.01mm变化到0.2mm，其等效导水系数变化小于5%。传统的渗流控制方程无法精确描述地下水在粗糙裂隙中的流动特征，因为在压力水头的定义中忽略了速度项。