مرتضی جوادی اصطهباناتی
-
مدل سازی سامانه های پیش نگهداری به عنوان یکی از چالش های طراحی و بازطراحی تونل ها محسوب می شود. به طورکلی، سامانه های پیش نگهداری تونل با استفاده از دو دیدگاه مختلف شامل رویکرد مبتنی بر المان های سازه ای خطی و رویکرد مبتنی بر زون معادل مدل سازی می شوند. هدف از این مقاله، بررسی تاثیر رویکردهای مختلف اعمال سامانه پیش نگهداری در مدل سازی عددی اندرکنش تونل و زمین درون گیر است. بدین منظور، یکی از مجموعه تونل های پروژه آزادراه تهران شمال به عنوان مطالعه موردی انتخاب شده و مدل سازی عددی اندرکنش تونل و زمین درون گیر با رویکردهای مختلف و با استفاده از نرم افزار FLAC3D انجام شده است. به منظور اعتبارسنجی و ارزیابی کارایی مدل عددی، بخشی از نتایج مدل عددی و یکی از ریزش های حادث شده در حین عملیات حفاری تونل مورد مقایسه قرار گرفت. درنهایت، مقایسه بین نتایج مدل سازی سامانه پیش نگهداری با رویکردهای مختلف انجام شد. نتایج حاصل از این مطالعه نشان می دهد که مدل عددی مورداستفاده بخش مهمی از شواهد و رخدادهای حادث شده در واقعیت را به طور مناسبی ارزیابی نموده و از این نظر، استفاده از این مدل عددی برای سایر اهداف عملی به ویژه تحلیل پارامتریک با دقت موردنیاز امکان پذیر خواهد بود. جابجایی های قائم پیش بینی شده مدل های عددی با رویکردهای مختلف هم ازنظر توزیع فضایی و مقادیر جابجایی دارای شباهت های بسیار زیادی بوده و میزان خطای نسبی بین مقادیر پیش بینی شده جابجایی تاج تونل با روش های مختلف به طور متوسط برای مجموعه تونل های موردبررسی در حدود 7/2 درصد و 1/5 درصد است. همچنین، با توجه به اختلاف نسبتا اندک بین نتایج حاصل از مدل های عددی با رویکردهای مختلف اعمال سامانه پیش نگهداری به صورت المان سازه ای و مدل های مبتنی بر زون معادل، استفاده از هر یک از این دیدگاه ها برای مقاصد مدل سازی امکان پذیر خواهد بود.
کلید واژگان: پیش نگهداری, مدل سازی عددی, المان سازه ای خطی, زون معادل, تونلJournal of Aalytical and Numerical Methods in Mining Engineering, Volume:14 Issue: 38, 2024, PP 21 -33This paper investigates the effect of the method of applying pre-support in the numerical modeling of tunnel and ground interaction. Two main numerical approaches of linear pile and equivalent zone elements were considered for the modeling of pre-support in front of the advancing tunnel face. Both of these approaches were applied for one of the Tehran-Shomal Freeway as the case study of numerical modeling. The results of numerical models were compared to investigate the effect of pre-support modeling approaches. The vertical deformation of numerical models with different approaches shows a meaningful consistency; therefore, it is concluded that both of these methods of linear pile element and equivalent zone element can be applied to numerical modeling demands for other studies.
Keywords: Pre-Support, Numerical model, Structural element, equivalent zone, Tunnel -
توده سنگ، متشکل از سنگ بکر و ناپیوستگی هایی مانند شکستگی ها می باشد که این شکستگی ها تاثیر به سزایی بر خصوصیات مکانیکی و هیدرولیکی آن دارند. از جمله در تحلیل های حساس مانند شبیه سازی پایداری تونل، عدم قطعیت در ساخت شبکه شکستگی می تواند نتایج شبیه سازی را کاملا تحت تاثیر قرار دهد. از این رو تعیین دقیق پارامترهای درزهداری سنگ مانند جهت داری و طول اثر بسیار حائز اهمیت است. استفاده از شبکه شکستگی مجزا یکی از روش های متدوال به منظور شبیه سازی سنگ درزه دار میباشد. از آنجاکه ساخت شبکه شکستگی با استفاده از توابع توزیع آماری صورت میگیرد، همواره عدم قطعیت در ساخت شبکه شکستگی یکی از چالش های بزرگ مهندسین بوده است و مخصوصا ارزیابی دقیقی از تاثیر استفاده از توابع آماری بر تولید پارامترهای درزه داری ارائه نشده است. در این مطالعه به وسیله یک کد توسعه داده شده در متلب و همچنین نرم افزار 3DEC شبکه شکستگی تونل امام زاده هاشم ساخته شده است و به بررسی تاثیر توابع توزیع آماری از جمله نرمال، توانی و نمایی منفی بر عدم قطعیت در ساخت شبکه شکستگی پرداخته شده است. نتایج حاکی از این است که توزیع نمایی منفی می تواند موجب خطا نسبتا زیادی در ساخت شبکه شکستگی شود مخصوصا هنگامی که از این توزیع برای تولید جهت شیب استفاده می شود. همچنین نتایج مطالعه پارامتریک نشان داد که استفاده از توابع توزیع آماری که واریانس داده ها در تابع توزیع احتمال آن ها در نظر گرفته شده می تواند موجب افزایش دقت در تولید پارامترهای شکستگی مانند شیب، جهت شیب و طول اثر و باعت کاهش عدم قطعیت در تولید شبکه شکستگی شود.
کلید واژگان: شبکه شکستگی مجزا, عدم قطعیت, 3DEC, توزیع آماریRock mass consists of intact rocks and discontinuities such as fractures, which have a significant impact on the mechanical and hydraulic properties of the rock mass. For example, in sensitive analyzes such as tunnel stability simulation. Therefore, it is very important to determine the exact parameters of stone jointing, such as orientation and length. Using Discrete Fracture Network is one of the common methods to simulate jointed rock. Since the construction of the fracture network is done using statistical distribution functions, the uncertainty in the construction of the fracture network has always been one of the great challenges of engineers. In this study, the fracture network of of Emamzadeh Hashem tunnel was constructed by a code developed in MATLAB and 3DEC software, and the influence of statistical distribution functions on the uncertainty in the construction of the fracture network was investigated. The results indicate that a negative exponential distribution can lead to relatively large errors in constructing the fracture network, especially when used to generate the fracture dip direction.. Also, the results of the parametric study showed that the use of statistical distribution functions that have the variance of the data in their PDF (Probability Distribution Function) can increase the accuracy in the production of fracture parameters such as slope, slope direction and effect length, and To reduce the uncertainty in the production of the fracture network.
Keywords: Discrete Fracture Network, Uncertainty Analysis, 3DEC, Statistical Distribution Functions -
The stratified-sedimentary rock mass, as the typical host ground of coal mine tunnels, is characterized by highly non-isotropic deformation due to the very persistent discontinuity of bedding planes. This study evaluates the effect of tunnel location relative to the host ground strata on the excavation-induced displacements around a coal mine tunnel driven along the inclined coal seam. To achieve this goal, a calibrated finite element method (FEM) numerical model based on field monitoring displacements was developed for the coal mine tunnel at a depth of 300 m. This calibrated numerical model was then utilized to investigate the effect of the horizontal location of the tunnel on the induced displacement field through sensitivity analysis. Finally, the sensitivity analysis results were compared in terms of displacement components around the tunnel. The results of this study demonstrate a reasonable level of accuracy (for practical demands) of the calibrated numerical model, with an average error of about 8% for maximum displacements at measured points. The numerical models show an asymmetric spatial distribution of displacements around the tunnel due to the anisotropy of the rock mass, especially in the case of inclined layers. The arrangement of weak-strength coal and intercalary stone layers relative to the excavation line of the tunnel plays a key role in this issue. The critical state of displacements (maximum displacement in sensitivity analysis) occurs where the intersection line of the coal-intercalary stone is tangent to the tunnel excavation line. Additionally, the excavation-induced displacement decreases as the distance between the coal-intercalary stone interface and the tunnel increases, with a distance of about 1.5 m suggested for practical applications.
Keywords: Stratified Rock Mass, Coal mine, numerical model, Monitoring-Based Calibration, Asymmetric Displacements -
در این مقاله، تعیین ضرایب الاستیک توده سنگ های درزه دار با استفاده از روش عددی ناپیوسته مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور، مدلسازی محیط ناپیوسته توده سنگ حاوی دسته درزه ها با آرایش های مختلف (یک دسته درزه افقی، یک دسته درزه قایم، دو دسته درزه افقی و قایم، دو دسته درزه متعامد چرخش داده شده و دو دسته درزه غیرمتعامد) با استفاده از نرم افزار یودک (UDEC) انجام شده و با اعمال نوع خاصی از شرایط مرزی (تنش های مرزی)، مقادیر کرنش های ایجاد شده در مدل محاسبه شد. سپس، این نتایج در ماتریس های انطباق محیط معادل جایگذاری شده و ضرایب الاستیک توده سنگ شامل مدول الاستیک در جهات مختلف و نسب پواسون بصورت برگشتی محاسبه شد. بمنظور صحت سنجی این فرآیند، نتایج حاصل از محاسبات برگشتی ضرایب الاستیک توده سنگ معادل با استفاده از مدل عددی محیط ناپیوسته برای آرایش های خاص ناپیوستگی ها با روابط تحلیلی مقایسه شد. در نهایت، این روش برای تعیین ضرایب الاستیک توده سنگ آنیزتروپ تحت تنش محصور کننده (حالت فاقد راه حل تحلیلی) تحت زوایای مختلف و ابعاد مختلف دامنه بکار گرفته شد. نتایج حاصل از این مطالعه نشان می دهد که برای عمده آرایش های ناپیوستگی ها، انطباق بسیار خوبی بین ضرایب الاستیک محاسبه شده با روش برگشتی مبتنی بر مدلسازی ناپیوسته و روش های تحلیلی وجود داشته و در عمده موارد، خطای نسبی بین این دو روش بین 4 الی 6 درصد است. این انطباق حاکی از کارآیی محاسبات برگشتی مبتنی بر روش عددی ناپیوسته بوده و از این روش می توان برای تعیین ضرایب الاستیک توده سنگ معادل بویژه برای حالات فاقد روابط تحلیلی استفاده نمود.کلید واژگان: ضرایب الاستیک توده سنگ, مدلسازی عددی ناپیوسته, آنیزوتروپی, روابط تحلیلی, UDECIn this paper, the determination of equivalent elastic properties of fractured rock masses has been studied using discontinuous numerical method. For this purpose, the discontinuous media of the jointed rock mass with different jointing patterns (including one horizontal joint set, one vertical joint set, two perpendicular horizontal and vertical joint sets, and two non-orthogonal joint sets) were modeled in UDEC software and the induced strain were calculated. Then, the elastic properties of rock mass were calculated by inserting strains obtained from numerical methods into compliance matrixes. In order to verify this procedure, the results of back calculated elastic properties of rock mass from numerical models were compared with those obtained from analytical solutions. Finally, the method of back calculated elastic properties of rock mass from numerical models was applied for confining stress boundary condition (the case without analytical solutions) under different rotation angle of discontinuities and scales. The results of this study show that there is a good consistency between the back calculated elastic properties of rock mass from numerical models and analytical solution; where the relative error is about 4% to 6% for most of the cases. This consistency indicates the accuracy of back calculated elastic properties of rock mass from numerical models and this method can be applied for other cases especially those without analytical solution. Application of this method for rock mass under confining stress (the case without analytical solution) indicates that the elastic properties highly depend to rotation angle.Keywords: Elastic properties of rock mass, Discontinuous numerical modeling, Analytical Solutions, Anisotropy, UDEC
-
در این مطالعه نقش عوامل موثر بر ناپایداری تونل و فضاهای زیرزمینی با استفاده از رویکرد آماری بررسی شده است. بدین منظور، مهم ترین عوامل موثر بر ناپایدرای تونل شناسایی و این عوامل (شامل 25 عامل) در قالب شش گروه اصلی دسته بندی شدند. سپس، مجموعه وسیعی از ناپایداری های رخ داده در تونل های مختلف دنیا مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از این بررسی ها به صورت یک پایگاه داده مبتنی بر جامعه آماری و با در نظر گرفتن عامل اصلی ایجاد کننده ناپایداری و نوع کاربری تونل ثبت شد. در نهایت، تحلیل های آماری بر روی ناپایداری های رخ داده در تونل های مختلف و با تمرکز بر نوع کاربری و فراوانی نسبی ناپایداری انجام شد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد مجموعه عوامل ژیومکانیکی، مباحث مطالعات و طراحی و عوامل مربوط به شرایط زمین شناسی و جغرافیایی ساختگاه دارای بیشترین میانگین فراوانی نسبی در ناپایداری بوده که این سه دسته عوامل، مجموعا حدود 73 درصد از ریزش های حادث شده در تونل های با کاربری عمرانی را شامل می شوند. همچنین، بین 70 الی 80 درصد از ناپایداری ها ناشی از 32 درصد از عوامل بوده و نقش سایر عوامل در بروز ناپایداری تونل کمتر از 30 درصد برآورد شده است. در این بین، سه عامل اصلی "زون های ضعیف"، "عدم به کارگیری بازطراحی و بازنگری حین اجرا" و " سطح و وضعیت آب زیرزمینی"، به ترتیب با فروانی نسبی 17/5، 12/5 و 10/5 درصد، موثرترین عامل در بروز ناپایداری بوده اند. در مجموع، تونل های آزادراه و بزرگراه، دارای بیشترین انطباق با سایر کاربری های دیگر بوده و می توان این گونه نتیجه گیری کرد که این نوع کاربری را می توان از نقطه نظر عوامل موثر بر ناپایداری تونل، به عنوان نماینده از سایر کاربری ها در نظر گرفت. نتایج حاصل از این تحقیق را می توان به عنوان یک مبنای کلی در ارزیابی احتمال ناپایداری تونل و فضاهای زیرزمینی و مدیریت این نوع از پروژه ها به کار گرفت.کلید واژگان: ناپایداری تونل, نوع کاربری تونل, بررسی آماری, عامل ناپایداری, تحلیل آماریIn this paper, the role of effective factors on the instability of tunnels and underground excavations was explored through statistical analysis. To reach this goal, the effective factors (including 25 different factors) on the tunnel instability were recognized based on the deep literature survey and expert judgment. Then, a database of previous tunnel instabilities was established based on the type of tunnels and the main factor of instabilities. The effective factors were classified into six main groups and utilized for statistical analysis based on the relative frequency of tunnel instability. The results of this paper show that the geomechanical factors, design-investigation issues, and geological-geographic conditions of the site are the main three reasons for tunnel instability, where these main factors control more than 70% of civil-utility tunnels through all case studies. In addition, the design-investigation issues and geological-geographic conditions show the lowest and highest dependency on the tunnel utility, respectively. The “weak zones”, “inadequate redesign during construction”, and “the groundwater level and conditions” are the main three effective factors in tunnel instability, where the relative frequency of instability due to these factors reaches up to 40% for most of the case studies. Based on the main effective factors of instability, the freeway and highway tunnels show the highest consistency with all other utilities for tunnels in the statistical population. Therefore, freeway and highway tunnels can be considered as the most representative of overall utilities. The outcome of this paper can be applied to risk assessment of tunnel instabilities and technical management.Keywords: Tunnel instability, tunnel utility type, instability factor, statistical analysis
-
در این مقاله جریان غیرخطی نفت درون شکستگی های سنگی و با تاکید بر روی عدد رینولدز بحرانی مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور، شبیه سازی جریان نفت در داخل شش شکستگی سه بعدی با هندسه های متفاوت با روش حجم محدود انجام و برای دامنه وسیعی از عدد رینولدز انجام شد. نتایج حاصل از شبیه سازی جریان از دیدگاه قانون فورچی میر مورد ارزیابی قرار گرفت و ضرایب افت انرژی با مکانیسم های ویسکوز و اینرسی (ضرایب A و B فورچی میر) محاسبه شد. سپس، تاثیر ترم های خطی و غیرخطی از کل افت انرژی و وابستگی بین عدد بی بعد فورچی میر به عدد بی بعد رینولدز مورد بررسی قرار گرفت. درنهایت بر اساس جمع بندی نتایج مراحل پیش، مقدار بحرانی عدد بی بعد رینولدز برای شروع جریان غیرخطی در هر یک از شکستگی ها تعیین شده است. نتایج حاصل از این مطالعه نشان می دهد، قانون فورچی میر با دقت بسیار زیادی با نتایج شبیه سازی انطباق دارد. با افزایش عدد رینولدز، سهم ترم خطی از کل افت فشار استاتیک (هدررفت انرژی) کاهش یافته و بطور همزمان، سهم ترم غیرخطی افزایش می یابد. برای شکستگی های مورد بررسی در این مقاله (شکستگی های کاملا باز)، مقدار عدد رینولدز بحرانی در بازه 30 الی 46 قرار دارد. بیشترین و کمترین مقدار عدد رینولدز بحرانی مربوط به شکستگی هایی است که به ترتیب دارای کمترین و بیشترین شیب نمودار عدد رینولدز-عدد فورچی میر بوده و دارای کمترین و بیشترین ضریب هدررفت انرژی با مکانیسم اینرسی هستند.One of the most important aspects of governing physical processes through rough-walled fractures is the non-linear behavior of flow. The onset of non-linear flow in rock fractures is characterized by critical Reynolds number, which is the main object of this paper. In this paper, the technical aspects of non-linear flow of crude oil through open rock fractures and critical Reynolds number were studied. These issues were studied based on the results of three-dimensional numerical simulation of the Navier-Stokes equations for crude oil flow through rough-walled fractures. The finite volume simulation of crude oil flow through three-dimensional space of rough-walled fractures was performed for a wide range of Reynolds numbers or flow rates. The results of crude oil flow simulations were analyzed based on the Forchheimer’s law. The coefficients of energy losses due to viscous and inertial dissipation mechanisms were derived from the Forchheimer’s law regression on the results. Then, the role of linear and nonlinear energy losses with viscous and inertial dissipation mechanisms was evaluated based on the relation between Reynolds and Forchheimer non-dimension numbers. Finally, the critical Reynolds number was determined for onset of non-linear flow through rough-walled fractures. The results of this study indicate that the Forchheimer’s law appropriately describes the non-linear crude oil flow through rough-walled fractures. By increasing the Reynolds number (or flow rate), the ratio of viscous energy lose from total energy losses decreases non-linearly and simultaneously, the inertial dissipation becomes the dominant mechanism of energy lose. The critical Reynolds number for crude oil is in the range of 30 to 46 for the open fractures of this study. The maximum and minimum of critical Reynolds number follow the minimum and maximum of inertial dissipation coefficient and also the gradient of Reynolds- Forchheimer curve, respectively.Keywords: Critical Reynolds, Forchheimer Number, Rough-walled Fractures, Non-linear Flow, Crude Oil, Rough Fracture
-
هدف از این مقاله، بررسی اثر مدل های رفتاری الاستوپلاستیک شامل مدل موهر-کلمب، مدل سخت شونده و مدل سخت شونده با کرنش کوچک بر نتایج مدلسازی عددی اندرکنش تونل و زمین درونگیر (محیط اطراف تونل) است. بدین منظور، تونل T4 از پروژه امیرکبیر تهران به عنوان مطالعه موردی انتخاب و مدلسازی عددی اندرکنش تونل و زمین درونگیر این تونل با استفاده از روش المان محدود و مطابق با فرآیند اجرایی انجام و نتایج حاصل در قالب جابجایی های اطراف تونل مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت، نتایج حاصل از تحلیل های عددی با استفاده از نتایج رفتارسنجی و مقایسه با مقادیر اندازه گیری شده نشست سطح زمین اعتبارسنجی شد. نتایج حاصل از این مطالعه نشان می دهد، جابجایی های قایم پیش بینی شده با مدل موهر-کلمب از هر دو مدل رفتاری سخت شونده کمتر بوده که این اختلاف با تکمیل مراحل حفر و نگهداری تونل افزایش می یابد. علاوه بر این، مدل موهر- کولمب برای تمام مراحل حفاری، یک بالازدگی شدید را در کف تونل و به صورت غیر واقعی پیش بینی می کند. همچنین، نتایج حاصل از مدل های سخت شونده، بیش ترین انطباق را با نتایج حاصل از رفتارسنجی داشته و با افزایش مراحل حفاری، انطباق بین نتایج حاصل از رفتارسنجی و تحلیل های عددی با مدل های رفتاری با مکانیزم سخت شونده، افزایش بیش تری می یابد. این افزایش انطباق به گونه ای است که در مراحل حفر پله و کف بند و نگهداری پله، اختلاف بین مقدار متوسط نشست اندازه گیری شده و نتایج پیش بینی شده با مدل های رفتاری با مکانیزم سخت شونده، به شدت کاهش یافته و این اختلاف به کم تر از 5/1 میلی متر می رسد.
کلید واژگان: اندرکنش تونل و زمین, مدل رفتاری, خاک سخت شونده, مدل سازی عددی, نشست ناشی از حفر تونلJournal of Aalytical and Numerical Methods in Mining Engineering, Volume:10 Issue: 24, 2020, PP 119 -136Summary:
This paper reflects the role of different constitutive models on the deformations induced by tunneling in the urban area. These constitutive models were applied in finite element analysis of tunnel-induced subsidence for the case study of the Amirkabir Tunnel in Tehran. The results of this paper indicate that the numerical simulation of tunneling induced settlement with hardening soil small strain stiffness model is much more accurate than other constitutive models.
IntroductionAccurate prediction of tunneling induced settlement is one of the most important challenges encountered in urban underground projects. Generally, such predictions are usually obtained by the application of numerical simulation, where the accuracy of the results depends on several factors. The constitutive models play an indicative role in the accuracy of numerical simulation of tunneling induced settlement. This issue was studied by comparing the effect of different constitutive models on the development of ground deformations around the tunnel and the tunneling induced settlement for a case study.
Methodology and Approaches:
Finite element analysis of tunneling induced deformations using PLAXIS software was performed for three different elastoplastic constitutive models including Mohr-Coulomb, hardening soil, and small strain hardening. The input data of numerical simulation were captured from different in-suite and laboratory tests on the host ground of the Amirkabir tunnel as a case study. Tunnel construction was modeled based on the as-built condition of the excavation stages of the T4 section of the Amirkabir tunnel. Finally, numerical results were compared and verified with monitoring results and field measurements.
Results and ConclusionsResults showed that the Mohr-Coulomb model provides a lower prediction of vertical displacements comparing to two other implemented models. Furthermore, the Mohr-Coulomb model shows an unrealistic uplift of the tunnel floor after all of the excavation stages. Results illustrated that using hardening soil models, with sophisticated features including non-linearity pre-failure and high stiffness under small strain, considerably improves the prediction of displacements. It is observed that using hardening soil small strain stiffness model, the accuracy of predictions increased noticeably compared to the field measurements. A full comparison between the results from Mohr-Coulomb and Hardening Soil cases yields some important differences, which are presented in this paper.
Keywords: Tunnel induced settlement, Tunnel-ground interaction, Numerical simulation, Constitutive model, Hardening soil -
انتخاب ابعاد مناسب برای مدل سازی جریان آب ورودی به داخل تونل با استفاده از روش های عددی، یکی از مباحث چالشی در حوزه مهندسی سازه های زیرزمینی است. هدف از این مقاله، ارایه یک چارچوب مبتنی بر معیار کمی جهت انتخاب ابعاد مناسب دامنه جریان برای مدلسازی عددی جریان (آرام، پایا و خطی) آب ورودی به داخل تونل واقع در آبخوان با گسترش عرضی نامتناهی است. بدین منظور، ابتدا یک فاکتور بی بعد تحت عنوان "نرخ تغییرات نرمال شده دبی جریان آب ورودی به داخل تونل(NRIV)" تعریف شده و سپس بر اساس یک مقدار حدی تحت عنوان "سطح پذیرش تغییرات(ALV)"، ابعاد مناسب برای دامنه جریان(SDS) تعیین شده است. این چارچوب پیشنهادی بر روی نتایج حاصل از مدل سازی عددی جریان آب ورودی به داخل تونل برای دامنه وسیعی از پارامترهای هندسی تونل و ابعاد مختلف دامنه جریان پیاده سازی شده و در نهایت کارآیی این چارچوب مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج حاصل از تحلیل های انجام شده نشان داد که با افزایش عمق و ابعاد فضای زیرزمینی، ابعاد مناسب برای مدل سازی جریان بصورت غیرخطی افزایش می یابد. همچنین، با کاهش ALV از 0005/0 به 0001/0، ابعاد دامنه جریان مورد نیاز برای مدل سازی بطور متوسط 8/1 برابر شده و بطور همزمان خطای نسبی نتایج مدل سازی تنها در حدود 4% کاهش می یابد. افزایش ابعاد دامنه جریان، باعث افزایش شدید زمان مدل سازی و کاهش ناچیز خطای مدلسازی شده که در نتیجه، برای کاربردهای عملی، سطح قابل قبول ALV معادل با 0005/0 پیشنهاد می شود.
کلید واژگان: تونل و فضاهای زیرزمینی, جریان آب زیرزمینی, آب ورودی به تونل, ابعاد مدل عددی, دقت مدل سازی عددیSelecting the appropriate model size is a challenging issue in the numerical modelling of groundwater inflow into underground excavation. This issue was studied in this paper by presenting a methodology for selecting appropriate domain size for numerical modeling of groundwater inflow into tunnel that is excavated inside of semi-infinite aquifer. To reach this goal, first, a dimensionless factor, so-called normalized rate of inflow variation (NRIV), was defined in cooperation with its limit value, so-called acceptable level of variation (ALV). Then, the appropriate or suitable domain size (SDS) of numerical model was determined based on the NRIV and ALV. The applicability of suggested methodology was evaluated for the results of wide range geometrical parameter of tunnel (including different tunnel radiuses and depths) and different flow domain sizes. The results of this study indicate that the required domain size for numerical modelling of groundwater inflow into tunnel increase nonlinearly for larger and deeper tunnels. Moreover, the required domain size increases to 1.8 times by decreasing the level of ALV from 0.0005 to 0.0001, where the relative accuracy of results has only increased up to 4%. Since the larger domain size requires much computational difficulties and insignificant accuracy, the ALV in the level of 0.0005 is suggested for practical numerical modelling of groundwater inflow into tunnels.
Keywords: Tunnel, Underground Excavation, Groundwater, Water Inflow into Tunnel, Numerical Model Size, Accuracy of Numerical models -
در این مقاله، تاثیر جریان غیرخطی نفت درون شکستگی های سنگی بر پارامترهای هیدرولیکی و با هدف ارزیابی انحراف رفتار هیدرولیکی شکستگی ها از قانون دارسی مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور، جریان نفت در داخل شکستگی سه بعدی دارای دیواره های زبر برای دامنه وسیعی از دبی حجمی جریان عبوری و با استفاده از حل عددی همزمان معادلات ناویه-استوکس و پیوستگی به روش حجم محدود شبیه سازی شده است. نتایج حاصل از این مقاله نشان می دهد که جریان نفت درون شکستگی های سنگی دارای رفتار غیرخطی بوده و به همین دلیل، دهانه هیدرولیکی و نفوذپذیری شکستگی پارامترهای ثابت (مستقل) نبوده و کاملا به میزان دبی جریان عبوری از شکستگی وابسته هستند. در حقیقت، با افزایش سرعت جریان در داخل شکستگی ها، مقادیر دهانه هیدرولیکی شکستگی و نفوذپذیری بطور غیرخطی کاهش می یابند که مقدار کاهش نسبی این دو پارامتر برای شکستگی های مورد مطالعه در این مقاله بترتیب در بازه 10 و 20 درصد بوده است. همچنین، نتایج حاصل از برازش قوانین دارسی و فورچی میر به نتایچ حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که رفتار جریان در شکستگی ها سنگی توسط قانون فورچی میر بخوبی توصیف می شود بگونه ای که دقت قانون فورچی میر برای توصیف رفتار جریان نفت در شکستگی مورد بررسی بیش از 98% بوده در حالی که خطای قانون دارسی به بیش از 27% نیز می رسد.کلید واژگان: رفتار هیدرولیکی شکستگی, انحراف از قانون دارسی, دهانه هیدرولیکیپ, قانون فورچی میر, جریان غیرخطیOne of the most important aspects of governing physical processes through rough-walled fractures is the non-linear behavior of flow. The main aim of this paper is to investigate the effect of non-linear flow on the hydraulic parameters and deviation from Darcy’s law. To reach this goal, the three-dimensional simulation of crude oil flow inside rough-walled fractures was performed by numerical solving the Navier-Stokes equations supplemented by the continuity equation through application of finite volume technique. The crude oil flow through three-dimensional space of rough-walled fractures was numerically simulated for a wide range of inlet velocity of flow rates. Then, the regime of flow, the deviation of crude oil flow through rough-walled open fractures from Darcy’s law, nonlinear relationship between hydraulic gradient and flow rate, and the effect of non-linear flow on the hydraulic aperture and permeability of fractures were investigated by analysis of crude oil flow simulation. The results of this study indicate that the crude oil flow through rough-walled fractures is non-linear; therefore the hydraulic parameters such as hydraulic aperture and permeability are not constant and highly depend on the flow rate of crude oil. In fact, hydraulic aperture and permeability of fractures decrease non-linearly by increment of flow rate, where these parameters show 10% and 20% of relative decrement, respectively. In addition, the results of regression analysis show that the Forchheimer’s law appropriately describes the behavior of crude oil flow through rough-walled fractures than Darcy’s law. Moreover, the accuracy of Forchheimer’s law is much more than 98%, but the relative error of Darcy’s law reaches to 27%.Keywords: Fracture Hydraulic, Hydraulic Aperture, Rough-walled Fractures, Forchheimer’s law, Non-linear Flow, Darcy’s law Deviation, Crude Oil
-
در این مقاله، مدل سازی جریان آب ورودی به فضاهای زیرزمینی (تونل) با استفاده از روش محیط پیوسته تصادفی مطالعه شده است. بدین منظور، کد محاسباتی دو بعدی FNETF بر اساس روش محیط پیوسته تصادفی و با هدف مدل سازی جریان آب ورودی به داخل حفریات زیرزمینی ارتقا و سپس صحت سنجی شد. سپس، تاثیر ویژگی های هیدرولیکی محیط درونگیر تونل بر روی دبی جریان آب ورودی بررسی شد. نتایج حاصل از این مطالعه نشان می دهد، خروجی کد محاسباتی FNETF برای توده سنگ دارای انحراف استاندارد هدایت هیدرولیکی نزدیک به صفر (محیط ایده آل) هم از نظر توزیع هد فشاری اطراف تونل و هم از نظر مقدار دبی جریان آب ورودی با نتایج دو روش تحلیلی و مدل سازی عددی با استفاده از محیط پیوسته معادل دارای انطباق بسیار خوبی بوده بگونه ای که حداکثر خطای نسبی بین مقادیر دبی جریان آب ورودی کمتر از %0/85 است. همچنین، با افزایش انحراف استاندارد هدایت هیدرولیکی، همچنین، با افزایش انحراف استاندارد هدایت هیدرولیکی، مقادیر میانگین، کمینه و بیشینه دبی جریان آب ووردی به تونل کاهش می یابد.کلید واژگان: رفتار هیدرولیکی, محیط پیوسته تصادفی, جریان آب ورودی, فضای زیرزمینی, عدم قطعیت جریان, کد محاسباتی FNETFSummaryIn this study, modeling of groundwater inflow into underground excavations was studied based on the stochastic continuum theory. To reach this goal, the two dimensional FNETF computational code was modified based on the stochastic continuum theory and for demand of modeling of groundwater inflow into underground excavations. The accuracy of computations in this code was evaluated from the validation point of view.IntroductionAll geological formations show random variation (or spatial nonuniformity) in the values of the hydrogeological parameters that lead to a considerable amount of uncertainty hydrogeological models. Therefore, it is becoming essential to be able to characterize the uncertainty of groundwater processes that can be achieved through implementation of continuum theory with stochastic hydrogeology. This method can be used to estimate the most likely range of groundwater inflow into underground excavations and assess the uncertainty of estimates.
Methodology and Approaches
In this paper, the FNETF computational code was modified based on the stochastic continuum theory and then the accuracy of computations in this code was evaluated from the validation point of view. The results of numerical (by performing phase2 software) and analytical solutions for hydraulic head distribution around the circular tunnel and also the groundwater inflow rates were used to validate the accuracy of FNETF computational code. Then, the role of hydraulic properties of rock mass was investigated through parameter study.Results and ConclusionsThe results of this study for modification and validation of FNETF computational code show that the outputs of this code for ideal media (with near zero standard deviation of hydraulic conductivity) in terms of both hydraulic head distribution around the tunnel and the groundwater inflow rates are appropriately matched with those obtained from ideal analytical and numerical solutions. Therefore, this computational code can be successfully applied for modeling groundwater inflow into underground excavations by the application of stochastic continuum theory. The results of parameter study and sensitivity analysis also show that the maximum, minimum, and average values of groundwater inflow into tunnel decreases by increasing the standard deviation of rock mass hydraulic conductivity. Therefore, for very heterogeneous rock masses, both the analytical solution and deterministic numerical methods will overestimate (i.e. with one or more order of magnitudes) the groundwater inflow into tunnel in comparison with stochastic continuum method.Keywords: Stochastic Continuum Theory, Groundwater inflow, Underground Excavations, Flow Uncertainty, FNETF Computational Code, Hydraulic Behavior -
بخش عمده جریان هیدروکربن در مخازن شکافدار از طریق (داخل) شکستگی های دارای دیوارهای زبر حادث شده و بنابراین، ارایه مدل های با کارآیی مناسب از رفتار مخازن هیدروکربن، نیازمند فهم عمیق تر از رفتار هیدرولیکی و هیدرومکانیکی شکستگی های سنگی خواهد بود. در این، مقاله رفتار جریان نفت درون شکستگی های سنگی زبر و با هدف بررسی تاثیر زبری و اعتبارسنجی روابط هندسی کلاسیک مطالعه شده است. بدین منظور، جریان نفت در داخل شکستگی های سه بعدی با سطوح زبر با روش عددی حجم محدود شبیه سازی و نتایج حاصل از دیدگاه های مختلفی مورد تحلیل قرار گرفته است. در نهایت، نتایج حاصل از شبیه سازی عددی با روابط هندسی کلاسیک جریان در شکستگی های سنگی و با هدف اعتبارسنجی این روابط مقایسه شده است. نتایج حاصل از این مطالعات نشان می دهد، 1- برای شکستگی های باز، تاثیر زبری سطوح بر روی افت فشار استاتیک بیشتر از چیدمان دهانه مکانیکی است، 2- با افزایش عدد رینولدز، مقدار نفوذپذیری شکستگی ها کاهش می یابد، 3- روابط کلاسیک هندسی دارای خطای نسبی بین 5 تا 35% بوده و هرچه نفوذپذیری شکستگی ها کمتر باشد (فزایش زبری و تغییرات فضایی دهانه) از اعتبار روابط هندسی کلاسیک کاسته می شود.کلید واژگان: شبیه سازی جریان, شکستگی های زبر, عدد رینولدز, نفوذپذیری, زبری سطوحThis paper investigates the crude oil flow through open and rough-walled fractures. The aim of this paper is to evaluate the effects of surface roughness and spatial arrangement of aperture segment on fluid flow phenomenon through rough-walled fractures. In addition, the validity of classic geometrical equations of cubic law correction was explored by comparing the output results of numerical simulations (in terms of permeability). To reach this goal, the crude oil flow through three-dimensional rough-walled fractures was numerically simulated by simultaneous solving of Navier-Stokes and mass conservation equations and utilizing FLUENTTM computational software. The numerical crude oil flow simulation was performed for six different three-dimensional geometrical models of fractures whit different roughness and aperture arrangements and constant porosity. The results of fluid flow simulation were analyzed with different points of view and then compared with the classic geometrical equations of cubic law correction. The results of this study show that (i) for the open fractures, the effects of roughness on the pressure lose is higher than spatial arrangement of aperture segment, (ii) due to the nonlinearity of flow, the permeability of fractures decreases by increasing the Reynolds number, and (iii) with the classic geometrical equations of cubic law correction encounter with about 5 to 35% error and the accuracy of these equations will be decrease by decrease the permeability of fractures or increase of roughness and spatial variability of aperture. These findings prove useful in proper understanding of crude oil flow in fractures, or inclusions in computational simulation of large-scale flow in fractured petroleum reservoirs.Keywords: Crude Oil Flow, Flow Simulation, Rough-walled Fractures, Reynolds Number, Permeability
-
در این نوشتار، ضمن تشریح مبانی جریال سیال و روش های مدل سازی رفتار هیدرولیک در محیط های سنگی، مطلوب ترین روش برای مدل سازی جریان سیال در محیط ناپیوسته ی سنگی و برای مسائل میدان نزدیک، انتخاب و توسعه داده شده است. بدین منظور، یک کد محاسباتی به نام F N E T F برای ساخت شبکه ی شکستگی مجزا و تحلیل عددی جریان سیال در شبکه ی شکستگی توسعه داده شده است. در ادامه، این کد محاسباتی با استفاده از داده های میدانی مربوط به وضعیت شکستگی ها و آب زیرزمینی در اطراف مغار نیروگاه پروژه ی تلمبه ی ذخیره یی سیاه بیشه اعتبارسنجی و درنهایت، با استفاده از این کد محاسباتی و داده های میدانی، رفتار جریان آب ورودی به داخل مغار نیروگاه مدل سازی شده است. نتایج این مدل سازی با نتایج میدانی تطابق خوبی را نشان می دهد.
کلید واژگان: شبکه ی شکستگی مجزا, شبیه سازی جریان, شکستگی های سنگی, دهانه ی هیدرولیک, سیاه بیشه, F N E T FThis paper presents the fundamentals of groundwater modeling in fractured media and also the technical details of a desirable modeling method in discontinuous rocks. In this paper, the modeling of fluid flow in rock mass is studied using the distinct fracture network (DFN) concept. A new computational code, ``FNETF'', has been developed for generating DFN and fluid flow analysis. The FNETF computational code uses a Monte Carlo approach to generate two-dimensional discrete fracture networks, based on the statistics of the geometrical characteristics of the fracture, in terms of location in the generated region, orientation with respect to the coordinate axes, length, and aperture. In this case, individual realizations of hydraulic attribute distribution, which are formed by discrete fractures, re enerated from a set of probability distributions describing the geometry of the fractures. Because the generated fractures are finite, a relatively large number of fractures in the network may not be perfectly connected and some do not ontribute to the flow process. These hydraulically inactive fractures should be removed from the domain and can be recognized as isolated sub-networks, singly connected fractures, and dead end fractures, which have not omplete nterconnection between other percolating fractures or flow domain boundaries. Once a fracture network is egularized, a finite element mesh is generated for the percolating graphs, consisting of nodes and elements that are fracture ntersections and fracture segments between nodes, respectively. The hydraulic head at each node and steady state flow rate in each element are calculated using a flow network technique, based on the mass continuity equations and cubic law. The validity of the developed computational code is explored by predicting the groundwater inflow to the powerhouse cavern of the Siahbisheh pump storage project in the North of Iran. The main input data forfluid flow odeling hrough a fracture network were captured from ite nvestigation, etailed easurements f roundwater level, and eometrical characteristics of fracture. A flow domain, 122m wide and 129.75m high, was used to simulate water inflow into the Siahbisheh powerhouse cavern. The simulation of water inflow into the powerhouse cavern for 0+071 to 0+085 chainages was done using the FNETF computational code and field data. Based on direct aperture back calibration, he equivalent hydraulic aperture is considered to be 0.452mm. Comparison of results indicates that there is ppropriate correspondence between inflow simulations through the DFN model and those measured. Therefore, DFN models can be utilized for fluid flow analysis in the near-field domains in discontinuous media, showing the appropriate results of rock mass hydraulic modeling.
Keywords: Groundwater Modeling, Distinct Fracture Network, Discontinuous Rock, Hydraulic Aperture -
یکی از موثرترین روش های مدل سازی رفتار هیدرولیکی توده سنگ و تحلیل جریان آب ورودی به درون حفریات زیرزمینی در محیط های سنگی دارای شکستگی، روش شبکه شکستگی مجزا (DFN) است. در بسیاری از مسائل تحلیل جریان با استفاده از روش DFN، دامنه مورد استفاده دارای چند صد تا چند هزار شکستگی است که وجود این تعداد شکستگی باعث پیچیدگی و افزایش شدید زمان محاسبات می شود. برای به کارگیری موثر این روش، لازم است که زمان محاسبات تا حد امکان کاهش یابد. در این مقاله، به منظور افزایش سرعت محاسبات و کاهش پیچیدگی در مساله تحلیل جریان در شبکه شکستگی اطراف حفریات زیرزمینی، از روش اتومات سلولی به عنوان یک ابزار کمکی مفید در ترکیب با روش DFN استفاده شده است. به منظور اعتبار سنجی روش ارائه شده، جریان ورودی به درون مغار نیروگاه و ترانسفورمر پروژه تلمبه ذخیره ای سیاه بیشه مدل سازی شد. متوسط دبی جریان آب ورودی به ازای واحد طول مغار ترانسفورمر برای مقادیر شبیه سازی 31/0 لیتر بر دقیقه و برای مقادیر واقعی 36/0 لیتر بر دقیقه بدست آمد که نشان دهنده کارایی روش توسعه داده شده در مساله تحلیل جریان است. علاوه بر این، به کارگیری روش اتومات سلولی نامنظم در ترکیب با روش شبکه شکستگی مجزا با افزایش چشمگیری در سرعت محاسبات همراه بوده است.
کلید واژگان: شبکه شکستگی مجزا, اتومات سلولی نامنظم, حفریات زیرزمینی, جریان سیال, مدل سازی ناپیوسته -
شکستگی ها در توده سنگ مسیرهای اصلی جریان اند و به عنوان عارضه یی مهم در رفتار هیدرولیکی توده سنگ مطرح می شوند. خواص هیدرولیکی توده سنگ در فعالیت های عمرانی، معدنی و محیط زیستی نظیر دفن زباله های خطرناک و باطله فعالیت های هسته یی، نفت و انرژی زمین دما (ژئوترمال) اهمیت زیادی دارد. در این پژوهش جریان آشفته ی سیال یک فازی درون یک شکستگی سه بعدی با استفاده از روش حجم محدود و برای بازه وسیعی از سرعت ورودی جریان شبیه سازی شده است. تعدادی مقاطع قائم و افقی در دامنه ی هندسی شکستگی در نظر گرفته شده و مقادیر سرعت بی بعد شده روی هریک از مقاطع و برای سرعت های ورودی مختلف محاسبه شده اند. این مقادیر، پس از مقایسه، برای ارزیابی تاثیر زبری دیواره ی شکستگی روی دامنه ی سرعت متوسط مورد استفاده قرار گرفته اند. نتایج این بررسی ها نشان می دهد که با افزایش سرعت ورودی، پروفیل(نیم رخ) سرعت نامتقارن تر شده و به سمت دیواره با زبری کم تر چوله می شود. همچنین با افزایش سرعت ورودی جریان، آرایش جدیدی از جریان هدایت شده)کانالیزه(مشاهده می شود و از نواحی با دهانه ی کوچک تر دبی جریان (بی بعدشده)بیشتری نسبت به نواحی با دهانه ی بزرگ تر عبور می کند.
کلید واژگان: جریان آشفته, شبیه سازی, جریان, شکستگی سنگی, زبری, الگوی توزیع سرعتF l u i d f l o w a n d s o l u t e t r a n s p o r t i n a f r a c t u r e d r o c k m a s s a r e o f k e y i n t e r e s t f o r m a n y p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n s, s u c h a s i n t h e h y d r o c a r b o n a n d w a t e r i n d u s t r i e s a n d i n t h e s a f e d e s i g n o f d i s p o s a l s i t e s f o r d o m e s t i c, i n d u s t r i a l a n d n u c l e a r w a s t e. I n m a n y g e o l o g i c a l s t r u c t u r e s, r o c k f r a c t u r e s a r e t h e m a i n f l o w p a t h s a n d a r e a m o s t i m p o r t a n t a t t r i b u t e i n r o c k m a s s h y d r a u l i c b e h a v i o r. T h e r e f o r e, t h e d e v e l o p m e n t o f r e a l i s t i c a n d r o b u s t p r e d i c t i v e m o d e l s o f f l o w a n d t r a n s p o r t r e q u i r e s a t h o r o u g h u n d e r s t a n d i n g o f t h e p h y s i c a l p r o c e s s e s t h a t g o v e r n f l o w i n i n d i v i d u a l f r a c t u r e s. T h e o b j e c t i v e o f t h i s p a p e r i s t o e x a m i n e t h e i m p a c t s o f f r a c t u r e r o u g h n e s s o n t h e f l o w v e l o c i t y f i e l d t h r o u g h o u t a n i n d i v i d u a l f r a c t u r e. F i r s t, a t h r e e-d i m e n s i o n a l g e o m e t r i c a l d o m a i n o f a n a r b i t r a r y r o u g h-w a l l e d f r a c t u r e, c o n s i s t i n g o f 150 v o l u m e t r i c e l e m e n t s (f r a c t u r e s e g m e n t s) i n 6 r o w s a n d 25 c o l u m n s, w a s g e n e r a t e d. T h e c o m p u t a t i o n a l d o m a i n o f t h i s f r a c t u r e w a s g e n e r a t e d, a n d t u r b u l e n t f l o w t h r o u g h t h e v o i d s p e c i m e n w a s s i m u l a t e d b y u s i n g t h e f i n i t e v o l u m e m e t h o d f o r a w i d e r a n g e o f i n l e t v e l o c i t i e s; f r o m 0.01 t o 1 m/s. I n o r d e r t o e v a l u a t e t h e e f f e c t o f s u r f a c e r o u g h n e s s a n d a p e r t u r e o n t h e a v e r a g e f l o w v e l o c i t y, s i x t y-f o u r h o r i z o n t a l s e c t i o n s, w i t h 0.01m m c o n s e c u t i v e d i s t a n c e s i n a z-d i r e c t i o n a n d e l e v e n v e r t i c a l s e c t i o n s, n o r m a l t o t h e y-d i r e c t i o n a n d p e r p e n d i c u l a r t o t h e m a i n f l o w d i r e c t i o n, w i t h 1 m m c o n s e c u t i v e d i s t a n c e s i n t h e y-d i r e c t i o n, w e r e c o n s i d e r e d t h r o u g h t h e g e o m e t r i c a l d o m a i n, r e s p e c t i v e l y. T h e a v e r a g e v e l o c i t y o n t h e s e h o r i z o n t a l a n d v e r t i c a l s e c t i o n s h a s b e e n n o r m a l i z e d w i t h t h e i n l e t v e l o c i t y. T h e s e n o r m a l i z e d v e l o c i t i e s w e r e u s e d t o i l l u s t r a t e r o u g h n e s s a n d a p e r t u r e e f f e c t s o n f l o w v e l o c i t y f i e l d s i n r o c k f r a c t u r e s. T h e m a x i m u m v a l u e o f t h e n o r m a l i z e d v e l o c i t y o n h o r i z o n t a l s e c t i o n s i s a b o u t 1.47, o c c u r r e d i n t h e i n l e t v e l o c i t y o f 0.01 m/s, w h i c h i s c l o s e t o t h e i d e a l m a g n i t u d e f o r c u b i c l a w. B y i n c r e a s i n g i n l e t v e l o c i t y, t h e m a x i m u m v a l u e o f t h e n o r m a l i z e d v e l o c i t y o n h o r i z o n t a l s e c t i o n s d e c r e a s e s f r o m 1.47 t o 1.34 f o r t h e i n l e t v e l o c i t y o f 0.01 m/s t o 1 m/s, r e s p e c t i v e l y. M o r e o v e r, b y i n c r e a s i n g i n l e t v e l o c i t y, t h e c o r r e s p o n d i n g h e i g h t o f t h e m a x i m u m v a l u e o f t h e n o r m a l i z e d v e l o c i t y d e c r e a s e s f r o m 0.205 m m t o 0.18 m m f o r t h e i n l e t v e l o c i t y o f 0.01 m /s t o 1 m/s, r e s p e c t i v e l y. T h e r e s u l t s s h o w t h a t; (i) b y i n c r e a s i n g f l o w r a t e, t h e s y m m e t r y o f t h e v e l o c i t y p r o f i l e d e c r e a s e s a n d i n c l i n e s t o t h e s m o o t h e s t f r a c t u r e s u r f a c e, a n d, a l s o, t h e i n t e n s i t y o f t h e r o t a t i o n a l f l o w i n c r e a s e s, (i i) i n h i g h f l o w r a t e s, t h e a r r a n g e m e n t o f f l o w c h a n n e l s c h a n g e s a n d l o w e r f l o w r a t e s t a k e p l a c e t h r o u g h l a r g e a p e r t u r e s.
Keywords: Turbulent Flow, Fluid Flow Simulation, Rock Fractures, Roughness, Velocity Distribution -
در بسیاری از ساختارهای زمین شناسی، نفوذپذیری ماتریکس سنگ در مقایسه با شکستگی های توده سنگ ناچیز است و شکستگی ها مسیر اصلی جریان سیال در توده سنگ هستند. رفتار جریان سیال درون شکستگی به دلیل افزایش کارایی مطالعات طراحی، اجرا و ایمنی سازه های زیرزمینی و روباز به عنوان یک موضوع مهم تحقیقاتی تلقی می شود. در این مقاله، جریان سیال یک فازی درون شکستگی های سنگی مطالعه شده است. دامنه محاسباتی یک شکستگی فرضی سه بعدی تولید شده و شبیه سازی جریان آرام و آشفته برای دامنه گسترده ای از سرعت های ورودی جریان و با استفاده از روش حجم محدود انجام شده است. افت فشار در بین مقاطع قائم متوالی در داخل شکستگی محاسبه شده و برای توصیف ارتباط بین دبی و افت فشار ناشی از جریان سیال استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که: (1) افت فشار استاتیک پیش بینی شده با شبیه سازی جریان آشفته برای محدوده عدد رینولدز 5/4 تا 5/89 به ترتیب %3 تا %17 بیشتر از مقادیر پیش بینی شده با شبیه سازی جریان آرام است؛ (2) قانون فورچی میر به خوبی با نتایج شبیه سازی جریان مطابقت دارد و رینولدز بحرانی 15 برای جریان غیر خطی پیشنهاد شده است.کلید واژگان: جریان غیر خطی, شبیه سازی جریان سیال, جریان آرام و آشفته, قانون فورچی میر, شکستگی های سنگیIn many geological structures, the matrix permeability is negligible and the fractures are the main flow paths. The fluid flow and particle transport through rock fracture are increasingly important research topics mainly to the demands for design, operation and safety assessments of underground/ surface constructions. In this paper, single-phase fluid flow through a rock fracture is studied. Computational domain for an artificial three-dimensional fracture is generated and used for numerical fluid flow simulations. Both laminar and turbulent flow simulations are performed by using finite element method for a wide range of inlet velocities. The calculated average pressure drops, between consecutive vertical sections are compared to describe the flow rate dependant pressure drop. The simulations results show that; (i) the predicted static pressure drop for turbulent flow simulation was roughly 3% to 17% more than laminar simulation at Reynolds number of 4.5 to 89.5, respectively, and (ii) the Forchheimer law is fitted very well to flow simulation results and critical Reynolds number of 15 is suggested.Keywords: Non, linear fluid flow, Fluid flow simulation, Turbulent, laminar flow, Forchheimer law, Rock fractures
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.