不同围压条件下砂岩渗透破坏试验与数值模拟研究

发布时间：2017-10-29 15:23

  本文关键词：不同围压条件下砂岩渗透破坏试验与数值模拟研究

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【摘要】：随着地下矿山、煤矿以及石油开采等工程开挖深度增加,岩石水—力耦合作用诱发的岩体工程失稳问题愈发凸显。因此,研究不同围压和渗透压条件下岩石流固耦合作用具有重要意义。本文基于不同围压和渗透压下砂岩渗透破坏试验,探讨砂岩渗透破坏力学特性;利用FLAC~(3D)软件,模拟不同围压和渗透压下岩石渗透率演化规律。主要研究成果如下:(1)砂岩渗透破坏试验表明,围压一定时,砂岩峰值强度随渗透压增加逐渐降低;渗透压一定时,砂岩初始渗透率随围压增加逐渐减小,渗透率变化幅度也逐渐减小;砂岩渗透率随轴向应变增加分别呈先减小后增加的V型变化趋势,以及先减小后增加,最后持平的S型变化趋势。(2)基于非Darcy定律,不同渗透压条件下,砂岩渗透率随轴向应变增加呈不同变化趋势。非Darcy定律条件下,岩石渗流因子数量级在-1015m-1～-1017m-1之间;随渗透压增加,砂岩渗透率随轴向应变增加变化幅度逐渐减小。(3)基于FLAC~(3D)软件对岩石水—力耦合进行数值模拟;根据体积应变—渗透率曲线变化规律并结合不同位置等值线图,阐释加载过程中岩石渗透率演化规律;岩石渗透主要沿内部塑性剪切破裂带分布,并最终随轴向应变增加呈先减小后增加的V型变化趋势。
【关键词】：流固耦合 砂岩 数值模拟 渗透率
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU45
【目录】：

• 摘要9-10
• Abstract10-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 研究意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 岩石流固耦合的试验研究12-15
• 1.2.2 岩石渗流力学模型与数值模拟研究15-16
• 1.3 存在问题16-17
• 1.4 研究内容与技术路线17-19
• 1.4.1 研究内容17-18
• 1.4.2 技术路线18-19
• 第2章 砂岩渗流试验方案19-31
• 2.1 砂岩试样加工与制备19
• 2.2 试验岩样参数测定19-21
• 2.3 砂岩试验方案21-26
• 2.3.1 试验仪器21-22
• 2.3.2 砂岩三轴压缩试验22-23
• 2.3.3 不同围压和渗透压下砂岩渗透试验23-26
• 2.4 岩石渗流试验原理26-30
• 2.4.1 岩石Darcy渗流下渗流计算原理26-28
• 2.4.2 岩石非Darcy渗流下渗流计算原理28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 砂岩流固耦合力学模型与试验分析31-53
• 3.1 砂岩变形破坏全程应力—应变曲线31-32
• 3.2 砂岩变形破坏特征32-34
• 3.3 岩石流固耦合力学模型34-37
• 3.3.1 基本假设34
• 3.3.2 单相渗流场与应力场耦合控制方程34-37
• 3.4 不同围压和渗透压下砂岩渗流耦合试验分析37-43
• 3.4.1 不同围压及渗透压下砂岩应力—应变曲线变化规律37-39
• 3.4.2 砂岩各特征应力随有效围压的变化规律39-41
• 3.4.3 Mogi—coulomb强度准则41-43
• 3.5 砂岩不同围压和渗透压下渗透率变化特征43-47
• 3.5.1 围压恒定，，不同渗透压下砂岩应力—应变—渗透率曲线43-45
• 3.5.2 渗透压恒定，不同围压下砂岩应力—应变—渗透率曲线45-47
• 3.6 砂岩非Darcy流固耦合特性47-52
• 3.6.1 砂岩非Darcy流渗透率变化特性47-51
• 3.6.2 岩石特征应力点渗透率分析51-52
• 3.7 本章小结52-53
• 第4章 岩石渗流数值模拟53-69
• 4.1 数值模型建立53
• 4.2 数值模型计算原理53-56
• 4.3 围压为 10MPa时不同渗透压下岩石流固耦合数值模拟56-60
• 4.3.1 不同渗透压下岩石应力—应变曲线56-57
• 4.3.2 不同渗透压下岩石体积应变—渗透率曲线57-58
• 4.3.3 不同渗透压下岩石数值模拟渗透率演化图58-60
• 4.4 围压为 20MPa时不同渗透压下岩石流固耦合数值模拟60-64
• 4.4.1 不同渗透压下岩石应力—应变曲线60-61
• 4.4.2 不同渗透压下岩石体积应变—渗透率曲线61-62
• 4.4.3 不同渗透压下岩石数值模拟渗透率演化图62-64
• 4.5 围压为 30MPa时不同渗透压下岩石流固耦合数值模拟64-67
• 4.5.1 不同渗透压下岩石应力—应变曲线64
• 4.5.2 不同渗透压下岩石体积应变—渗透率曲线64-65
• 4.5.3 不同渗透压下岩石数值模拟渗透率演化图65-67
• 4.6 本章小结67-69
• 第5章 结论与展望69-72
• 5.1 结论69-70
• 5.2 展望70-72
• 参考文献72-76
• 致谢76

【参考文献】

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本文编号：1113559