复杂地质结构的三维知识以及将其整合到水文地质模型中，是研究不同尺度水力动力学过程的先决条件。这篇博文介绍了将这类结构从三维地质软件整合到 COMSOL Multiphysics® 软件中的地下水流数值模型的过程中所面临的不同挑战。
市场上有大量模拟地下水的专用软件包，其中有很多采用结构化网格，并要求从整个地质模型的 z 方向上固定层数构建地质。但是，在千米尺度的复杂地质结构中，断层带可能会以任意角度出现。尽管 COMSOL® 软件尚未广泛应用于地下水模拟问题，但它允许导入更复杂的几何、使用非结构化网格以及将断层带视为水力裂缝，因此可以在地下水模拟中使用。
地质三维模拟越来越多地被用来更好地理解空间结构关系。图1显示了瑞士汝拉山脉区域尺度（约 4km x 4km）的地质模型。该项目的主要研究目的是（拟建）隧道对该地区频繁出现的含硬石膏层位对地下水循环的影响，以及在硬石膏转换成石膏的过程中可能出现的膨胀问题。
将在 GOCAD® 地质建模软件中准备的区域尺度的结构地质三维模型作为 COMSOL® 地下水模型的起点，然后将不同的地质表面转移到 COMSOL Multiphysics 中。刚开始，我们尝试基于 DXF™ 或 STL 文件在两个软件之间进行几何传输，结果导致后续处理步骤非常复杂。因此，我们采用了一种特定的策略来导入复杂的地质模型：
图3 必须逐步切割重新创建的面。左：添加边界框。右：红色面已经与地形相交（蓝色）。绿色面仍必须被地形和红色面修剪。
创建模型几何形状后，将由三个隧道管以及连接轴和通风井组成的隧道系统整合到COMSOL模型中。在图4中，隧道和局部模型的周长（用于研究特定隧道截面）用蓝色突出显示。
图7 左图：隧道周围开挖扰动区域的详细局部模型（蓝色表示隧道管，红色表示通风井和连接管）。右图：给定情境下局部模型的结果。颜色表示压力水头的分布，箭头表示主要的地下水流（达西速度以对数刻度表示）。
GOCAD 是 Paradigm 的注册商标。Autodesk，Autodesk 徽标和 DXF 是 Autodesk ， Inc. 和/或其在美国和/或其他国家/地区的子公司和/或分支机构的注册商标或商标。
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