本書以裂隙石灰巖中的巖溶管道發育過程為核心，聚焦巖溶發育初期的生成與演化機制，通過數值模擬揭示巖溶系統中流體流動與化學溶蝕作用之間的復雜耦合關系。本書首先系統綜述近20年來巖溶演化領域的基礎理論和數值模擬研究進展，全面梳理該領域的主要學術成果和技術發展現狀；然后，重點闡述巖溶發育的反應動力學理論，并建立巖溶早期發育與演化的反應性溶質傳輸數值模型，同時結合實際案例，深入討論裂隙開度、裂隙網絡非均質性等關鍵因素對裂隙溶蝕行為和巖溶發育過程的影響；最后，通過對二維與三維模型在刻畫巖溶演化過程中的差異進行對比分析，明確各類模型的適用條件，并提出未來研究的方向和重點。
主持國家自然科學基金1項目，省部級重點項目1項
目錄
第1章 緒論 1
1.1 巖溶系統研究目的及意義 1
1.2 巖溶含水層及其特性 2
1.3 巖溶系統演化數值模擬的研究進展 3
1.3.1 基本溶蝕機制：從一維到三維建模的見解 3
1.3.2 補給邊界條件的影響 5
1.3.3 其他因素的影響 8
第2章 巖溶系統反應動力學理論及建模 14
2.1 H2O-CO2-CaCO3系統的平衡化學 14
2.1.1 實現化學平衡的邊界條件 15
2.1.2 封閉系統中飽和溶液的混合 16
2.2 H2O-CO2-CaCO3系統的化學反應動力學 17
2.2.1 溶蝕過程和速率方程 17
2.2.2 湍流條件下的溶蝕 19
2.3 一維簡化單裂隙的巖溶演化模型 20
2.3.1 模擬方法 20
2.3.2 單裂隙溶蝕演化模擬結果 22
2.4 一維簡化單裂隙與二維單裂隙溶蝕模型的差異 24
2.4.1 一維模型的流動和反應傳輸 25
2.4.2 一維模型的溶蝕過程和突破曲線 25
2.4.3 二維模型的流動和反應傳輸 26
2.4.4 二維模型的溶蝕過程和突破曲線 27
第3章 二維裂隙網絡的初期巖溶演化：幾何拓撲結構的影響 29
3.1 引言 29
3.2 裂隙網絡巖溶演化模型 30
3.2.1 裂隙網絡 30
3.2.2 反應性傳輸模型 31
3.2.3 巖溶網絡演化特征 32
3.3 數值模型的建立與結果分析 33
3.3.1 數值模型的建立 33
3.3.2 反應性流動方向的影響 33
3.3.3 水力邊界條件的影響 35
3.3.4 初始開度的影響 37
3.4 裂隙拓撲與溶蝕演化 39
3.4.1 裂隙網絡拓撲對早期巖溶演化的影響 39
3.4.2 柵格網絡溶蝕模擬和簡單開度演化模型的關系 40
3.4.3 巖溶管道間距的尺度效應 42
3.4.4 局限性和前景 42
3.5 本章小結 43
第4章 二維裂隙網絡的初期巖溶演化：開度空間非均質性的影響 44
4.1 引言 44
4.2 地質力學下裂隙演化模型 44
4.2.1 天然裂隙網絡 44
4.2.2 地質力學產生的非均質裂隙開度分布 45
4.2.3 流體流動和反應性傳輸 46
4.3 數值模型的建立 46
4.4 數值模擬結果 47
4.4.1 均質初始開度模型 47
4.4.2 非均質初始開度分布模型 51
4.5 本章小結 55
第5章 碳酸鹽巖節理網絡中巖溶演化與蚓孔形成：二維和三維建模的對比 57
5.1 引言 57
5.2 二維和三維裂隙網絡溶蝕與建模 58
5.2.1 反應性傳輸模型 58
5.2.2 節理網絡生成 58
5.2.3 流動和溶蝕特性分析的定量指標 59
5.2.4 模型設置 59
5.3 二維和三維模型不同溶蝕行為 62
5.3.1 網絡連通性對二維和三維模型不同溶蝕行為的影響 62
5.3.2 流速（滲透長度）的影響 64
5.3.3 裂隙粗糙度的影響 69
5.4 本章小結 72
參考文獻 74
附錄A 巖溶管道間距的演化特征 83
附錄B 簡化幾何水力關系轉變 84
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