A dual fracture model to simulate large-scale flow through fractured rocks

摘要

Discrete fracture network models can be used to study groundwater flow in fractured rock masses. However, one may find that it is not easy to apply such models to practical projects as it is difficult to investigate every fracture and measure its hydraulic parameters. To overcome such difficulties, a dual fracture model is proposed. Taking into account the hydraulic characteristics of the various elements of the fracture system, a hydrogeological medium is assumed to consist of two components: the dominant fracture network and the fractured rock matrix. As the dominant fracture network consists of large fractures and faults, it controls the groundwater flow in rock masses. Depending on the permeabilities of the in-fill materials, these fractures and faults may serve as channels or barriers of the flow. The fractured rock matrix, which includes rock blocks and numerous small fractures, plays a secondary role in groundwater flow in such medium. Although the small fractures and rock blocks possess low permeability, their numbers and their total porosity are relatively large. Therefore, they provide large volume for groundwater storage. In this paper, the application of the proposed model to simulate the groundwater flow for a hydropower station before and after reservoir storage is reported. The implications of the results on the design of the station are also highlighted.Key words: seepage flow, dual fracture model, dominant fracture, fractured rock matrix, case studies, rock-filled dam.Des modèles de réseaux de fractures discrètes peuvent être utilisés pour étudier l'écoulement des eaux souterraines dans les massifs rocheux, mais on peut trouver qu'il n'est pas facile d'appliquer de tels modèles dans des projets pratiques parce qu'il est difficile d'étudier chaque fracture et de mesurer ses paramètres hydrauliques. Afin de surmonter ces difficultés, on propose un modèle à fracturation double. Prenant en compte les caractéristiques hydrauliques des divers éléments du système de fractures, on suppose que le milieu hydro-géologique comprend deux composantes: le réseau de fractures dominantes et la matrice de la roche fracturée. Comme le réseau de fractures dominantes consiste en de larges fractures, il contrôle l'écoulement de l'eau souterraine dans les massifs rocheux. Dépendant des perméabilités des matériaux de remplissage, ces fractures et failles peuvent servir comme des canaux ou des barrières pour l'écoulement. La matrice de roc fracturé qui inclut les blocs de roches et de nombreuses petites fissures joue un rôle secondaire dans l'écoulement de l'eau souterraine dans un tel milieu. Quoique les petites fractures et les blocs de roches possèdent une faible perméabilité, leurs nombres et leur porosité totale sont relativement importants. En conséquence, ils fournissent un grand volume pour l'entreposage de l'eau souterraine. Dans cet article, on fait rapport de l'application du modèle proposé pour simuler l'écoulement de l'eau souterraine pour les centrales hydroélectriques avant et après le remplissage du réservoir. On met aussi en lumière les implications des résultats sur la conception de la centrale.Mots clés : écoulement d'infiltration, modèle à fracturation double, fracture dominante, matrice de roche fracturée, études de cas, barrages en enrochement.[Traduit par la Rédaction]