基于三维裂隙网络的裂隙岩体表征单元体研究

岩体表征单元体（REV）的研究一直是岩土工程中的重要问题。裂隙岩体REV是其内部复杂结构在尺寸效应上的体现,归因于岩体内裂隙系统的随机性。在三维网络模型的基础上通过计算体积节理数建立了确定岩体REV的方法。这种方法考虑了岩体内裂隙的三维空间密度的特征,采用体积节理数这一参数的收敛状况确定岩体REV的大小。建立了实际岩体的模拟裂隙系统,用一定大小的立方体来分割裂隙系统,统计不同立方体内的体积节理数,并将均值作为最终裂隙岩体的参数。将此参数作为裂隙岩体的属性,通过判别其收敛状况获得了岩体REV的尺寸。考虑了岩体不连续面的特征,建立了REV的分析模型,得出工程岩体的REV的尺寸是裂隙平均迹长的4倍的结论。     

3D geologic framework models for regional hydrogeology and land-use management: a case study from a Quaternary basin of southwestern Quebec, Canada

During a regional hydrogeologic survey in the St. Lawrence Lowlands, Canada, a computer-based 3D Geologic Framework Model (GFM) was constructed to obtain a consistent representation of this typical Quaternary glaciated basin over a 1,400 km² area. Such a detailed stratigraphic reconstruction was needed because the Quaternary sediments control the recharge to the underlying regional fractured rock aquifer and also because buried granular aquifers are partly connected to the regional system. The objectives of this geomodeling effort are 1) to improve understanding of subsurface conditions above the regional aquifer and; 2) to provide a common stratigraphic framework for hydrogeologic applications. The method draws on knowledge-driven discrete modeling using gOcad, as well as standardization and quality control procedures to maximize the use of a multisource database. The resulting model represents the bedrock topography and the complex stratigraphic architecture of overlying sediments. The regional till aquitard, the marine clay aquiclude and the buried granular aquifers have been modeled with unprecedented details thus providing a well-constrained 3D hydrostratigraphic framework. The recharge zones of the rock aquifer represent about 35% of the study area. Buried granular aquifers are directly connected to the regional aquifer system over about 10% of the area. The model allows several applications such as assessing aquifer vulnerability and areal groundwater recharge rates; improving the GFM inter-operability with groundwater modeling systems would be the next logical step.

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Resumen Se construyó un Modelo del Marco Geológico (GFM) 3D basado en computadora durante un levantamiento hidrogeológico regional en las Tierras Bajas de St. Lawrence, Canada para obtener una representación consistente de esta cuenca glaciar Cuaternaria típica en un área de 1,400 km². Se necesitó tal grado de reconstrucción estratigráfica debido a que los sedimentos Cuaternarios controlan la recarga del acuífero rocoso fracturado regional subyacente y también porque los acuíferos granulares enterrados están parcialmente conectados con el sistema regional. Los objetivos de este esfuerzo de modelizado geológico son: 1) mejorar el entendimiento de las condiciones subsuperficiales por encima del acuífero regional y; 2) aportar un marco estratigráfico común para aplicaciones hidrogeológicas. El método se basa en el conocimiento de modelizado discreto utilizando gOcad, así como también en estandarización y procedimientos de control de calidad para maximizar el uso de bancos de datos de fuentes múltiples. El modelo obtenido representa la topografía del macizo rocoso y la arquitectura de la compleja estratigrafía de los sedimentos sobreyacentes. El acuitardo regional de tillita, el acuicludo arcilloso marino y los acuíferos granulares enterrados se han modelizado con detalles sin precedentes aportando de este modo un marco hidroestratigráfico 3D bien definido. Las zonas de recarga del acuífero rocoso representan casi el 35% del área de estudio. Los acuíferos granulares enterrados están conectados directamente al sistema acuífero regional sobre aproximadamente el 10% del área. El modelo permite varias aplicaciones tal como evaluar la vulnerabilidad de acuíferos y ritmos de recarga areales de agua subterránea; el paso lógico siguiente sería mejorar la inter-operabilidad del GFM con los sistemas de modelizado de agua subterránea.

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Résumé Dans le cadre dune étude dhydrogéologie régionale dans les basses terres du Saint-Laurent (Canada), un Modèle surfacique géologique en 3D (MSG) a été développé pour obtenir une représentation cohérente par ordinateur de ce bassin quaternaire sur une superficie de plus de 1,400 km². Une telle reconstitution stratigraphique était nécessaire en raison du contrôle quexercent les sédiments quaternaires sur la recharge de laquifère régional fracturé sous-jacent et aussi parce que les aquifères granulaires enfouis sont partiellement connectés au système régional. Les objectifs de cet effort de géomodélisation sont: 1) daméliorer la compréhension des conditions de sous-surface au-dessus de laquifère régional et; 2) de fournir un cadre stratigraphique commun à des fins de caractérisation hydrogéologique. La méthode repose sur lintégration de linterprétation géologique dans la modélisation discrète effectuée à laide du logiciel gOcad, ainsi que sur des procédures duniformisation et de contrôle de la qualité des données afin doptimiser lutilisation dune base de données multisources. Le MSG représente la topographie du roc et larchitecture stratigraphique des sédiments sus-jacents. Laquitard régional (till), laquiclude dargile marine et les aquifères granulaires ont été modélisés à un niveau de détail sans précédent, fournissant ainsi un cadre hydrostratigraphique solidement établi. Les zones de recharge de laquifère rocheux représentent environ 35% de la zone détude. Les aquifères granulaires enfouis sont connectés directement au système aquifère régional sur au moins 10% du territoire. Le MSG permet de multiples usages tels lévaluation de la vulnérabilité des aquifères et lestimation de la distribution de la recharge; la prochaine étape logique serait lamélioration de linteropérabilité avec les systèmes de modélisation numérique de lécoulement.