岩石孔隙结构三维重构及微细观渗流的数值模拟研究

发布时间：2019-05-18 20:09

【摘要】：本文以孔隙砂岩为研究对象，采用CT扫描、数字图像分析、统计学、分形几何和拓扑学等手段，定量研究和分析了砂岩的孔隙结构特征。应用分形控制函数表征了岩石孔隙结构的复杂形态，结合改进的模拟退火算法构建了岩石孔隙结构的分形重构模型，分析了重构模型与参考模型在几何参数、拓扑性质、统计特征、力学性质与渗透率等方面的相似程度，验证了孔隙砂岩分形重构模型的有效性。 针对孔隙岩石的渗流问题，本文在砂岩分形重构模型的基础上，构建了孔隙岩石的有限元网格模型，采用有限元方法（FEM）模拟分析了单轴和三轴压缩时孔隙岩石的变形破坏行为。采用格子玻尔兹曼方法（LBM）模拟了孔隙岩石内部的流体渗流行为，并与渗流实验结果进行对比，验证了LBM方法的有效性。采用LBM+FEM方法，研究了荷载作用下孔隙结构变形对砂岩渗流性质的影响，本文研究为定量分析和直观描述深部岩体开采变形对流体渗流性质的影响提供了新的方法与有效手段。
[Abstract]:In this paper, the pore structure characteristics of porous sandstone are quantitatively studied and analyzed by means of CT scanning, digital image analysis, statistics, fractal geometry and topology. The fractal control function is used to characterize the complex morphology of rock pore structure. Combined with the improved simulated annealing algorithm, the fractal reconstruction model of rock pore structure is constructed, and the geometric parameters and topological properties of the reconstruction model and reference model are analyzed. The similarity between statistical characteristics, mechanical properties and permeability verifies the effectiveness of the fractal reconstruction model of porous sandstone. Aiming at the seepage problem of pore rock, based on the fractal reconstruction model of sandstone, the finite element grid model of pore rock is constructed in this paper. The deformation and failure behavior of pore rocks under uniaxial and triaxial compression is simulated and analyzed by finite element method (FEM). The lattice Boltzmann method (LBM) is used to simulate the fluid seepage behavior in pore rocks, and the results are compared with the seepage experimental results to verify the effectiveness of LBM method. The influence of pore structure deformation on seepage properties of sandstone under load is studied by LBM FEM method. This paper provides a new method and effective means for quantitative analysis and intuitionistic description of the influence of mining deformation of deep rock mass on fluid seepage properties.
【学位授予单位】：中国矿业大学（北京）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU45

【参考文献】

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本文编号：2480299