裂隙岩体冻结温度场与渗流场耦合作用机理及应用研究

发布时间：2017-03-28 16:18

  本文关键词：裂隙岩体冻结温度场与渗流场耦合作用机理及应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：人工冻结法是目前国内外广泛使用的地层止水方法之一。由于地层中水渗流作用以及裂隙岩体中节理面构造的存在，关于渗流作用下裂隙岩体人工冻结温度场及渗流场分布规律的研究成为人工冻结工程中亟待解决的重要课题之一。本文采用理论分析、数值模拟手段对裂隙岩体冻结温度场及渗流场耦合作用机理进行了系统研究。着重分析了节理面水流速度、节理面开度、倾角以及粗糙性等因素对裂隙岩体冻结温度场和渗流场的影响。主要取得了以下研究成果： （1）针对人工冻结凿井的工程实际，，建立了渗流作用下裂隙岩体人工冻结问题的数学模型。根据不可逆过程热力学和连续介质力学的相关理论，建立了考虑相变的岩体冻结温度-渗流-应力耦合控制方程，给出了体积热容、导热系数以及渗透系数等物性参数随温度的变化规律。 （2）采用数值生成法建立了裂隙率服从Weibull分布的裂隙岩体冻结温度场和渗流场的计算模型，分析了Weibull分布参数对裂隙岩体冻结温度场及渗流场的影响。对竖井人工冻结工程进行了仿真，结果表明：局部构造（节理面）特征对冻结工程的质量起着关键性的作用。 （3）建立了含节理面裂隙岩体的双孔人工冻结模型，研究了节理面水流速度和节理面的开度、倾角对渗流作用下人工冻结地层冻结壁交圈时间、冻结壁厚度、冻结壁发育速度以及渗流场分布规律的影响。结果表明：节理面水流速度对冻结温度场和渗流场的影响最大，节理面开度的影响次之，节理面倾角的影响最小。 （4）给出描述裂隙岩体中节理面的流场控制方程，采用数值方法生成节理面上各点的开度值，并给出其对应的绝对粗糙度值。建立了含节理面裂隙岩体的双孔冻结模型，分析了节理面开度均值和节理面粗糙度对渗流作用下人工冻结地层冻结壁交圈时间、冻结壁厚度以及渗流场分布规律的影响。
【关键词】：裂隙岩体 人工冻结 温度场 渗流场 耦合
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD74
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• Contents10-12
• 图清单12-16
• 表清单16-18
• 变量注释表18-21
• 1 绪论21-32
• 1.1 研究背景及意义21-22
• 1.2 国内外研究现状22-30
• 1.3 本文的研究内容及技术路线30-32
• 2 人工冻结地层的温度-渗流-应力耦合控制方程32-42
• 2.1 问题提出与基本假设32-33
• 2.2 考虑相变的岩体冻结温度-渗流-应力三场耦合模型33-39
• 2.3 人工冻结地层的物性参数39-40
• 2.4 本章小结40-42
• 3 基于 Weibull 分布的裂隙岩体冻结温度场与渗流场特征42-58
• 3.1 问题简化及软件介绍42-44
• 3.2 模型建立44-47
• 3.3 Weibull 分布参数对冻结温度场的影响分析47-50
• 3.4 基于 Weibull 分布的裂隙岩体竖井人工冻结工程仿真50-54
• 3.5 竖井人工冻结施工过程中冻结壁窗口问题的解决54-57
• 3.6 本章小结57-58
• 4 含节理面裂隙岩体冻结温度场与渗流场特征58-77
• 4.1 数值模拟步骤58
• 4.2 基本假设58-59
• 4.3 数值计算模型59-61
• 4.4 节理面水流速度对冻结温度场和渗流场的影响61-65
• 4.5 节理面倾角对裂隙岩体冻结温度场和渗流场的影响65-70
• 4.6 节理面开度对裂隙岩体冻结温度场和渗流场的影响70-75
• 4.7 本章小结75-77
• 5 节理面粗糙性对冻结温度场与渗流场的影响77-101
• 5.1 节理面的流场控制方程77-79
• 5.2 节理面开度的生成方法79-81
• 5.3 节理面粗糙度的计算方法81-82
• 5.4 节理面开度均值对冻结温度场与渗流场的影响82-88
• 5.5 节理面粗糙度对冻结温度场与渗流场的影响88-96
• 5.6 节理面粗糙性对冻结温度场影响的综合分析96-98
• 5.7 本章小结98-101
• 6 结论与展望101-104
• 6.1 主要结论101-102
• 6.2 研究展望102-104
• 参考文献104-110
• 作者简历110-112
• 学位论文数据集112

【参考文献】

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本文编号：272619