基于水—气二相流—固耦合模型现场试验与数值模拟研究
发布时间：2021-06-24 03:07
目前,在地下工程、环境工程、水利水电工程和油气资源开发等领域均涉及水-气二相流-固耦合作用,因此开展对该问题的研究,具有十分重要的现实意义。数值分析法用于解决饱和-非饱和渗流问题的困难在于土体本构模型、边界条件及计算参数的确定。通过现场试验得到大量的实测数据,会促进数值法的完善。基于此,本文对该问题进行现场试验和数值模拟研究。主要研究内容和成果如下:（1）介绍了水-气二相流模型和应力模型的基本控制方程,明确了应力-应变和耦合关系式,为固体骨架变形与水-气二相流之间耦合方程的建立奠定了理论基础。（2）现场压气试验采用原创设计方案,整个方案由供气系统、压力控制系统以及数据采集系统构成,主要对充气压力170KPa、充气时间24h工况进行介绍,测得该工况下最大隆起量约8mm,影响范围约120m。（3）数值模拟部分,本文采用松弛耦合法建立水-气二相流-固耦合模型。根据松弛耦合原理,探讨了利用多相流模拟程序TOUGH2和岩土力学模拟程序FLAC3D进行水-气二相流-固耦合模拟,并利用C++开发的COUPLING.exe接口程序控制TOUGH2和FLAC3D
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
流-固-热全耦合控制方程推导流程图
图 1-2 TOUGH2 与 FLAC3D 连接进行 THM 耦合模拟原理图[59]FLAC-TOUGH 模拟器自诞生以来，已经广泛应用于 THM 耦合研究中，包括核废弃物处置、二氧化碳地下存储、地热能利用和压气法隧道施工[60]等。综上所述，水-气二相流及多相流、多场耦合作用是多学科交叉的前沿课题，对该课题的研究及应用正迅猛发展。1.2.3 充气法现场试验与数值模拟研究状况Kramer，Semprich 等[61]介绍了 1989 年德国埃森市修建某地铁时，工程技术人员专门开展了现场压气试验。在试验区施加三个不同压力的超压气体，分别为：160kPa、220kPa 和 235kPa，通过充气管道送入地下，灌入含水层，并且经空气压缩机压缩的高压气体持续灌入时间均超过了 24 小时。在试验开展过程中，做好以下记录至关重要：(1)通过气体流量计记录超压气体进入地下含水层的体积；(2)通过压力计测量孔隙压力；(3)通过水平标杆测量出地表的高程变化量。该压气试验的目的是：(1)观测超压气体作用下对土骨架变形尤其是地表位移的影响；
第 3 章 人工充气法现场试验具体采用的技术方案是，为保护周围建筑物和地下管线，选择足够大面区域，在中心布置 1 口充气井，周围布置 8 口监测井，充气井下端设置上端通过高压软管与空气压缩机相连，并在充气井和压缩机之间布置控用于调节压缩空气压力等，每口监测井放置对应传感器，在试验区域一布置高程观测桩，用于观测地表位移变化情况。剖面布置如图 3-1。
【参考文献】：
期刊论文
[1]包气带中降雨入渗单相流和二相流数值模拟对比[J]. 施小清,吴吉春,姜蓓蕾,王丽丽,王晶晶. 工程勘察. 2011(01)
[2]考虑气相作用的降雨入渗对非饱和土坡稳定性的影响[J]. 孙冬梅,冯平,张明进. 天津大学学报. 2009(09)
[3]孔隙气压对核废物地质处置热-流-固耦合影响的有限元分析[J]. 张玉军. 岩土力学. 2009(05)
[4]水位骤降对土坡稳定性的影响分析[J]. 贾苍琴,黄茂松,王贵和,梁国钱. 同济大学学报(自然科学版). 2008(03)
[5]城市生活垃圾填埋场固液气耦合一维固结模型[J]. 陈云敏,谢焰,詹良通. 岩土工程学报. 2006(02)
[6]非饱和土性状及其与工程问题的联系[J]. 包承纲,詹良通. 岩土工程学报. 2006(02)
[7]水气二相渗流与双重介质变形的流固耦合数学模型[J]. 刘晓丽,梁冰,王思敬,李宏艳. 水利学报. 2005(04)
[8]填埋场释放气体运移数值模型及应用[J]. 陈家军,王红旗,王金生,聂永丰,李国鼎. 环境科学学报. 2000(03)
[9]填埋场释放气体运移数值模型[J]. 陈家军,王红旗,王金生. 环境科学. 1999(05)
[10]均质土壤积水入渗的气阻变化规律及其影响[J]. 李援农,林性粹. 土壤侵蚀与水土保持学报. 1997(03)
博士论文
[1]城市生活垃圾填埋场气体运移规律研究[D]. 魏海云.浙江大学 2007
硕士论文
[1]多孔介质的水—气二相流—固耦合模型研究[D]. 彭海波.天津大学 2012
本文编号：3246235
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
流-固-热全耦合控制方程推导流程图
图 1-2 TOUGH2 与 FLAC3D 连接进行 THM 耦合模拟原理图[59]FLAC-TOUGH 模拟器自诞生以来，已经广泛应用于 THM 耦合研究中，包括核废弃物处置、二氧化碳地下存储、地热能利用和压气法隧道施工[60]等。综上所述，水-气二相流及多相流、多场耦合作用是多学科交叉的前沿课题，对该课题的研究及应用正迅猛发展。1.2.3 充气法现场试验与数值模拟研究状况Kramer，Semprich 等[61]介绍了 1989 年德国埃森市修建某地铁时，工程技术人员专门开展了现场压气试验。在试验区施加三个不同压力的超压气体，分别为：160kPa、220kPa 和 235kPa，通过充气管道送入地下，灌入含水层，并且经空气压缩机压缩的高压气体持续灌入时间均超过了 24 小时。在试验开展过程中，做好以下记录至关重要：(1)通过气体流量计记录超压气体进入地下含水层的体积；(2)通过压力计测量孔隙压力；(3)通过水平标杆测量出地表的高程变化量。该压气试验的目的是：(1)观测超压气体作用下对土骨架变形尤其是地表位移的影响；
第 3 章 人工充气法现场试验具体采用的技术方案是，为保护周围建筑物和地下管线，选择足够大面区域，在中心布置 1 口充气井，周围布置 8 口监测井，充气井下端设置上端通过高压软管与空气压缩机相连，并在充气井和压缩机之间布置控用于调节压缩空气压力等，每口监测井放置对应传感器，在试验区域一布置高程观测桩，用于观测地表位移变化情况。剖面布置如图 3-1。
【参考文献】：
期刊论文
[1]包气带中降雨入渗单相流和二相流数值模拟对比[J]. 施小清,吴吉春,姜蓓蕾,王丽丽,王晶晶. 工程勘察. 2011(01)
[2]考虑气相作用的降雨入渗对非饱和土坡稳定性的影响[J]. 孙冬梅,冯平,张明进. 天津大学学报. 2009(09)
[3]孔隙气压对核废物地质处置热-流-固耦合影响的有限元分析[J]. 张玉军. 岩土力学. 2009(05)
[4]水位骤降对土坡稳定性的影响分析[J]. 贾苍琴,黄茂松,王贵和,梁国钱. 同济大学学报(自然科学版). 2008(03)
[5]城市生活垃圾填埋场固液气耦合一维固结模型[J]. 陈云敏,谢焰,詹良通. 岩土工程学报. 2006(02)
[6]非饱和土性状及其与工程问题的联系[J]. 包承纲,詹良通. 岩土工程学报. 2006(02)
[7]水气二相渗流与双重介质变形的流固耦合数学模型[J]. 刘晓丽,梁冰,王思敬,李宏艳. 水利学报. 2005(04)
[8]填埋场释放气体运移数值模型及应用[J]. 陈家军,王红旗,王金生,聂永丰,李国鼎. 环境科学学报. 2000(03)
[9]填埋场释放气体运移数值模型[J]. 陈家军,王红旗,王金生. 环境科学. 1999(05)
[10]均质土壤积水入渗的气阻变化规律及其影响[J]. 李援农,林性粹. 土壤侵蚀与水土保持学报. 1997(03)
博士论文
[1]城市生活垃圾填埋场气体运移规律研究[D]. 魏海云.浙江大学 2007
硕士论文
[1]多孔介质的水—气二相流—固耦合模型研究[D]. 彭海波.天津大学 2012
本文编号：3246235
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