Fluid flow anlaysis in a rough fracture (type II) using complex networks and lattice Boltzmann method

H. Ghaffari, A. Nabovati, M. Sharifzadeh, R. P. Young

In the proceedings of: GEO2011: 64th Canadian Geotechnical Conference, 14th Pan-American Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 5th Pan-American Conference on Teaching and Learning of Geotechnical Engineering

Session: Mining and Rock Mechanics

ABSTRACT: Complexity of fluid flow in a rough fracture is induced by the complex configurations of opening areas between the fracture planes. In this study, we model fluid flow in an evolvable real rock joint structure, which under certain normal load is sheared. In an experimental study, information regarding about apertures of the rock joint during consecutive 20 mm displacements and fluid flow (permeability) in different pressure heads have been recorded by a scanner laser. Our aim in this study is to simulate the fluid flow in the mentioned complex geometries using the lattice Boltzmann method (LBM), while the characteristics of the aperture field will be compared with the modeled fluid flow permeability To characterize the aperture, we use a new concept in the graph theory, namely: complex networks and motif analysis of the corresponding networks. In this approach, the similar aperture profile along the fluid flow direction is mapped in to a network space. The modeled permeability using the LBM shows good correlation with the experimental measured values. Furthermore, the two main characters of the obtained networks, i.e., characteristic length and number of edges show the same evolutionary trend with the modeled permeability values. Analysis of motifs through the obtained networks showed the most transient sub-graphs are much more frequent in residual stages. This coincides with nearly stable fluid flow and high permeability values.

RÉSUMÉ: Complexité de l'écoulement du fluide dans une fracture rugueuse est induite par l'ouverture des configurations complexes de zones entre les plans de fracture. Dans cette étude, nous avons l'écoulement du fluide de modèle dans une structure de vrai rock évolutives commune, qui sous une charge normale de certains est cisaillé. Dans une étude expérimentale, les informations relatives au sujet des ouvertures de la commune de roche lors de déplacements consécutifs de 20 mm et l'écoulement du fluide (perméabilité) dans la tête des pressions différentes ont été enregistrées par un scanner laser. Notre objectif dans cette étude est de simuler l'écoulement du fluide dans les géométries complexes mentionnés utilisant la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM), tandis que les caractéristiques du champ d'ouverture sera comparée avec la perméabilité écoulement des fluides modélisés Pour caractériser l'ouverture, nous utilisons une nouvelle concept dans la théorie des graphes, à savoir: les réseaux complexes et l'analyse des motifs des réseaux correspondants. Dans cette approche, le profil de l'ouverture semblables le long de la direction de l'écoulement du fluide est mappé à un espace de réseau. La perméabilité modélisés à l'aide de la LBM montre une bonne corrélation avec les valeurs expérimentales mesurées. Par ailleurs, les deux personnages principaux des réseaux obtenus, c'est à dire, longueur caractéristique et le nombre de bords montrent la même tendance évolutive avec les valeurs de perméabilité modélisés. L'analyse des motifs à travers les réseaux obtenus ont montré le transitoire plupart des sous-graphes sont beaucoup plus fréquentes dans les stades résiduelle. Cela coïncide avec l'écoulement du fluide à peu près stable et les valeurs de perméabilité élevée.

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Cite this article:
H. Ghaffari; A. Nabovati; M. Sharifzadeh; R. P. Young (2011) Fluid flow anlaysis in a rough fracture (type II) using complex networks and lattice Boltzmann method in GEO2011. Ottawa, Ontario: Canadian Geotechnical Society.

@article{GEO11Paper146,author = H. Ghaffari; A. Nabovati; M. Sharifzadeh; R. P. Young ,title = Fluid flow anlaysis in a rough fracture (type II) using complex networks and lattice Boltzmann method ,year = 2011}