A Numerical Study on Characteristics of Fluid Flow in Rough Fractures with Spatial Correlation Length and Mechanical Effect

공간적 상관길이와 역학적 효과에 따른 거친 단일 균열 내의 유체 흐름에 관한 수치적 연구

This paper investigates numerically characteristics of the fluid flow in spatially correlated variable-aperture fractures under effective normal stress conditions. Spatially correlated aperture distributions are generated by using the geostaistical method (i.e. Turning Bands algorithm). In order to represent a nonlinear relationship between the effective normal stress and the fracture aperture, a simple mechanical formula is combined with a local flow model. Obtained numerical results indicate that the fluid flow is significantly affected by the geometry of aperture distribution varying according to the applied effective normal stress as well as the spatial correlation length of aperture distribution. Moreover, by using results simulated in this study, the modified Louis formula representing the relationship between the effective normal stress and the effective permeability of fracture is proposed.

본 논문은 유효수직응력과 간극분포의 공간적 상관길이에 따른 거친 단일 균열 내에서의 유체흐름에 대한 특성을 수치적으로 분석한 것이다. 균열 내의 공간적으로 상관된 변화하는 간극분포는 지구통계학적 방법(i.e. Turning Bands algorithm)을 이용하여 발생시켰으며, 유효수직응력에 따른 간극분포의 변화를 묘사하기 위해 유효수직응력과 역학적 간극 사이의 단순한 비선형 관계식를 이용하였으며, 이를 흐름 모형에 결합하였다. 모의분석결과 균열 내의 유체흐름은 적용된 유효수직응력과 간극분포의 공간적 상관길이에 따라 변화하는 간극분포의 기하학적 특성에 크게 영향을 받은 것으로 나타났다. 그밖에 본 연구에서 모의된 유체흐름의 결과를 이용하여 유효수직응력과 균열의 유효투수성 사이의 관계를 나타내는 수정 Louis 식을 제안하였다.