岩溶水流的模拟讨论

从前面对岩溶发育的特征所作的简要分析可知，岩溶的发育以极不均匀为特征。这种极不均匀性表现在地下岩溶洞穴的存在导致的地下水流速、流量及其动态特征的不均匀性上。通常对岩溶水进行的水资源计算及评价，都是将其处理为均匀的裂隙水，然后按裂隙水的模型表达进行计算。这在裂隙发育、岩溶作用进行得彻底、地下水水力联系较好以及地下水具统一水面的地区，计算带来的误差相对较小。而大多数情况下，岩溶水以管道流的形式存在，或孤立水位及统一水位共存，在此类情形下，按上面的方法进行计算，显然是不合理的。若只考虑动水问题而不考虑力学问题，FLAC^3D完全可以通过对材料的渗透系数及孔隙度的定义来实现岩溶水流的模拟。若要考虑动水与力学的双重问题则可以用上面的模拟方法对岩溶水进行全仿真模拟。但对于较宽的区域，建模及计算所涉及的工作量太大。

图5-36 双洞致塌过程图（单一透水盖层模型）

图5-37 双洞致塌过程图（单一阻水盖层模型）

图5-38 双土洞存在时井排条件下的垂向位移分布图（单位：m）

图5-39 双土洞存在时井排条件下的孔压分布图（单位：Pa）

图5-40 单一阻水型盖层模型动水下的垂向应力分布（单位：Pa）

图5-41 双洞条件下监测点1、2的空隙水压力变化过程图（单位：Pa）

图5-42 双洞条件下监测点4、5、6的垂向位移过程图（单位：m）

图5-43 模拟的岩溶管道流位移图（单位:m）

从以上分析可知，在岩溶水的计算及评价中，对岩溶水的仿真及全仿真研究，成为长期以来困扰研究者的一大难题，因此有必要对其进行进一步的研究。

为尝试岩溶水流的数值模拟，这里采用如下的模拟思路。根据岩溶水在地下分布的不均匀性，地下水为管道流与裂隙流共存，孤立流与统一流共存的特点，首先，考虑均匀的部分，即将岩溶块体视为均质体（不考虑地下管道的存在），给出相应的水动力参数，使岩溶块体中均匀流动水流的数值模拟得以实现；然后，根据不均匀流动的分布，或地下岩溶发育地段的分布，或钻孔揭露的破碎带分布作具有岩溶水动力特征的水动力参数定义。这样在数值上达到了对岩溶水介质的不均匀性的模拟。模拟结果见图5-43。从图中可以清楚地反映出地下位移的最大值分布在管道流的地方，说明此处的水流速度比其他地方大。另外岩溶水流的模拟有计算量大的特点，对计算机有较高的要求。