基于复杂网络的裂隙岩体表征单元体积与等效渗透系数估算
A complex-network-based estimation of the representative elementary volume and equivalent permeability coefficient for fractured rock masses
确定裂隙岩体的表征单元体积(REV)和等效渗透系数(EPC)对研究工程岩体的水力行为至关重要。复杂网络源于图论，是 21 世纪快速发展的跨学科领域。在本文中，我们提出了一种基于复杂网络参数的新方法，用于估算裂隙岩体的REV和EPC。在该方法中，裂隙及其交点分别被视为复杂网络的节点和边。我们提出了将离散裂隙网络(DFN)转化为复杂网络的转换过程，并在 MATLAB中执行相应的算法。随后，我们获得了复杂网络，并使用Gephi软件计算了多个基于复杂网络的参数，如平均度、平均聚类系数和图密度。我们利用平均度来估算DFN模型的REV尺寸，而变异系数则用于定量评估多个随机模型平均度的变化。此外，我们基于小尺度DFN模型的EPC，建立了一个包含平均度、平均聚类系数和图密度的经验公式，用于估算大尺度DFN模型的EPC。为了验证所提出的方法，我们利用FracMan软件中的MAFIC求解器进行了数值实验，计算出EPC并据此确定REV。结果表明:(a)通过平均度估算的REV尺寸与数值模拟得到的REV尺寸在各向同性和各向异性DFN模型中一致;(b)通过经验公式计算的平均 EPC 与数值模拟所得结果之间的误差率在 10%以内。因此，所提出的渗流参数估算方法是有效的。
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