岩土介质渗流数学模型与数值方法

1、岩土水力学岩土水力学岩土介质渗流数学模型与数值方法岩土介质渗流数学模型与数值方法几个基本概念 模型： 模型就是把现实的复杂系统的本质部分信息减缩成有用的可定量化的描述形式。它是用来描述复杂系统的运动规律，是复杂系统的一种客观写照或缩影，是分析实际系统和预报、控制系统行为或状态的有力工具。 模型按照其表现形式可分为物理模型和数学模型。几个基本概念 模拟： 模拟是采用某种方法反映或再现客观存在的现实，以便研究它所具有的客观规律性。模型就是这种反映的形式和手段。从科学意义上讲，模拟可定义为“各种不同过程和现象在专门模型上的再现”。 一般来说，模拟可分为物理模拟和数学模拟。几个基本概念 从上述模拟和模

2、型的概念上可以看出，模拟是一切科学研究（定量化）的重要手段，模拟是运行模型的过程，也是逼近现实物理背景的本质手段，而模型是实现模拟的工具。在本章节的研究中，着重运用数学模拟的方法，建立各种条件下的岩土介质渗流数学模型，定量化研究复杂的岩土介质体系的渗流问题，为工程设计提供有用的工具。岩土介质系统渗流数学模型 岩土介质系统主要研究岩土介质（变形和不变形）系统内地下水的运动规律，以定量化评价和预测岩体系统内地下水的水头空间分布。在岩土介质系统渗流数学模型研究方面，国内外学者进行了大量的研究。从目前的研究成果看，岩土介质系统渗流数学模型可归纳为五种：岩土介质系统渗流数学模型 1.多孔连续介质渗流数学

3、模型。该模型是在宏观尺度上，把岩土介质看作连续的多孔介质体系，考虑岩体内裂隙导水、岩块储水而建立的岩体双重介质渗流数学模型。 对于一个具体地下水系统而言，要建立岩土介质地下水的渗流数学模型，需要针对实际，构建特定问题的渗流方程、初始条件和边界条件，由渗流方程和定解条件构成数学模型。岩土介质系统渗流数学模型 假定有一地下水系统，其渗流域为，已知水头边界为1，已知流量边界为2 ，隔水边界为零流量边界，潜水面边界为3 ，其岩土介质三维渗流数学模型为：岩土介质系统渗流数学模型 2.等效连续介质渗流数学模型。该模型中的岩土介质系统中存在裂隙和孔隙，但裂隙比较密集，在宏观尺度上把这种岩土介质可近似看成连续

4、介质，渗流数学模型中的参数为等效参数。 （3）双重介质渗流模型。 该模型中的岩土介质系统由两部分组成，即裂隙系统和岩块（或基质）系统。由于双重介质系统中的渗透特性不同，分为双重孔隙介质渗流数学模型和双重渗透介质数学模型。 双重孔隙介质渗流数学模型，由于岩块的孔隙结构不同，可分为狭义双重介质渗流数学模型和广义双重介质渗流数学模型：前者岩土介质系统中岩块为多孔连续介质；后者岩土介质系统中岩块存在密集裂隙，看作等效连续介质。双重介质渗流数学模型中，裂隙系统导水、岩块系统储水。在双重介质系统内，岩块储水与裂隙水流发生交换作用，最终通过裂隙流出岩土介质系统之外，因此，在该系统内只有一种渗透。 双重渗透介质渗流数学模型，岩块介质系统和裂隙介质系统具有各自独立的渗透。 岩土介质系统渗流数学模型岩土介质系统渗流数学模型 4. 裂隙网络渗流模型。该模型不考虑岩块的渗流，而把裂隙作为非连续网络处理，建立裂隙网络非连续介质渗流数学模型。 岩土介质系统渗流数学模型 5. 岩溶介质渗流模型。该模型主要针对岩溶含水层中地下水的渗流特征，建立岩溶裂隙数学模型和岩溶管道渗流数学模型。 本章介绍岩土介