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블록크기 및 균열의 기하학적 속성에 따른 2-D DFN 시스템의 블록수리전도도 특성

Characteristics of Block Hydraulic Conductivity of 2-D DFN System According to Block Size and Fracture Geometry

엄정기|한지수
한국암반공학회 (Korean Society for Rock Mechanics and Rock Engineering)|2015.10|터널과 지하공간 (TUNNEL AND UNDERGROUND SPACE)|제25권 제5호|pp. 450-461

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절리암반불연속균열망Discrete fracture networkFractured rock mass대표요소체적블록수리전도도Block hydraulic conductivityRepresentative elementary volume
주제분류자원공학

초록

본 연구는 블록크기 및 균열의 기하학적 속성이 균열암반의 수리적 특성에 미치는 효과를 파악하기위해 이차원 등가파이프 연결구조에 기반을 둔 DFN 유체유동 해석기법을 적용하여 수치실험을 수행하였다. 두 개의 균열군을 사용하여 균열의 기하학적 속성 변화를 반영할 수 있도록 방향, 면적빈도, 길이분포를 달리하며 이차원 영역에 추계론적으로 생성한 총 72개의 DFN 블록에 대하여 방향에 따른 블록수리전도도가 산정되었다. 또한, 각각의 DFN 블록에서 이론적 블록수리전도도, 주 수리전도도텐서 및 평균블록수리전도도를 추정하여비교분석한 결과, 블록크기 및 균열의 기하학적 속성은 균열성 암반의 수리적 특성에 큰 영향을 미치는 것으로평가되었다. 균열군의 교차각이 작을수록, 면적빈도가 낮고 길이분포가 짧을수록 DFN 시스템은 유체유동에대한 REV를 정의하기 어려우며 방향에 따른 블록수리전도도의 변동성이 강하게 나타났다. 일반적으로 블록크기가 커질수록 DFN 시스템에 대한 등가연속체 취급 가능성은 높아진다.

Abstract

Extensive numerical experiments have been carried out to investigate effect of block size and fracture geometry on hydraulic characteristics of fractured rock masses based on connected pipe flow in DFN systems. Using two fracture sets, a total of 72 2-D fracture configurations were generated with different combinations of fracture size distribution and deterministic fracture density. The directional block conductivity including the theoretical block conductivity, principal conductivity tensor and average block conductivity for each generated fracture network system were calculated using the 2-D equivalent pipe network method. There exist significant effects of block size, orientation, density and size of fractures in a fractured rock mass on its hydraulic behavior. We have been further verified that it is more difficult to reach the REV size for the fluid flow network with decreasing intersection angle of two fracture sets, fracture plane density and fracture size distribution.

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