核废料贮存围岩介质THM耦合过程的力学分析

针对核废料贮库围岩介质中的THM耦合作用下的岩体力学响应的特点,分析了THM耦合过程,利用O'C onnell的裂隙岩体等效弹性模量关系式中的裂隙密度概念意义,建立了温度作用下的裂隙密度与O da提出的裂隙张量之间的关系式;以裂隙结构面的开度、岩体裂隙数(包括受温度影响开通裂隙数)、裂隙连通率、附加应力、剪切膨胀等为研究对象,给出了具有THM耦合的渗流系数张量;在理论分析的基础上,建立了应力、应变、温度和热力学压力的关系方程式,给出了核废料贮库裂隙岩体介质热-液-力耦合的定解方程。为探讨核废料贮存裂隙岩体水热耦合迁移以及应力响应特征,提供了力学模型。     

核废料贮库围岩介质THM耦合的定解问题及其加权积分方程

以核废料贮库裂隙岩体介质热-液-力耗散过程的定力解方程为基础，结合核废料地下贮存，分析了热、液、力三方面的边值及初始条件。根据计算力学加权残值法，导出了定解问题的加权积分方程，为实现核废料贮库围岩介质THM耦合有限元数值计算，打下了理论基础。     

核废料贮存裂隙岩体中THM耦合过程的有限元分析

本文首先给出了核废料贮存裂隙岩体中THM耦合作用的数学模型,然后用加权残数法,建立了以结点位移、水压力和温度为求解量的有限元计算格式,提出了数值模拟渗流、附加应力和热载耦合作用的有限元分析方法,最后给出了一个BMT1问题的算例.     

核废料处置概念库近场热-水-应力耦合模型及数值分析

特别考虑了缓冲层中温度梯度水分扩散、水蒸汽扩散对水连续性及能量守恒的影响,进一步完善了所建立的分析饱和-非饱和介质中热-水-应力耦合现象的控制方程,并针对试验资料,使用所开发的有限元程序对一个核废料处置概念库近场的热-水-应力耦合过程进行了数值模拟,考察了缓冲层及岩体中若干点的温度、饱和度、孔隙水压力及主应力的变化、分布情况,并将部分结果与国外类似软件的计算数据作了对比,结果显示,在定性和定量上二者的规律有某种一致性,从而得出了一定的认识。     

裂隙岩体介质THM耦合问题中的渗透特性研究

在前人就热、液、力三因素各自影响裂隙岩体渗透特性的研究和本文所进行的温度及附加应力作用下单裂隙岩样实验的基础上．综合分析了裂隙岩体THM耦合过程,以裂隙结构面的开度、岩体裂隙数(包括受温度影响开通裂隙数)、裂隙连通率、附加应力、剪切膨胀为研究对象．建立具有THM耦合特性的裂隙岩体渗流系数张量。     

不同耦合情况下核废料处置库中缓冲层吸力与位移变化的分析与比较

在核废料安全处置分析中,非饱和膨润土常被作为缓冲材料,缓冲层膨润土中的吸力和位移变化是影响处置库性状的两个重要的物理参数。吸力直接影响膨润土的渗透性和力学性质;而位移变化则直接影响处置库设计的成败。本文以FEBEX原位试验数据为依据,应用有限元软件CODE-BRIGHT,分析缓冲层膨润土在热-水-力不同耦合形式下吸力和位移的变化规律,通过对不同耦合模式下吸力和位移的对比,分析影响吸力与位移变化的主要因素。结果可使我们进一步了解核废料处置库中缓冲层的性状,也可为核废料处置库设计计算时选用简单而有效的耦合模型提供参考。     

核废料处置概念库开挖及封闭后近场热-水-应力耦合数值分析

考虑了缓冲层中温度梯度水分扩散、水蒸汽扩散对水连续性及能量守恒的影响,进一步完善了饱和-非饱和介质中热-水-应力耦合现象的控制方程。应用缓冲材料的实验资料,对核废料处置概念库开挖及封闭后近场的热-水-应力耦合过程进行了数值模拟,以考察围岩中的位移、塑性区、主应力、孔隙水压力和温度的分布及变化。认为开挖是引起洞室围岩中的变形及应力重新分布的主要原因,但坑道封闭后的热-水-应力耦合过程对变形及应力状态也产生了明显的影响。     

亥废料处置概念库近场热-水-应力耦合模型及数值分析

特别考虑了缓冲层中温度梯度水分扩散、水蒸汽扩散对水连续性及能量守恒的影响，进一步完善了所建立的分析饱和-非饱和介质中热-水-应力耦合现象的控制方程，并针对试验资料，使用所开发的有限元程序对一个核废料处置概念库近场的热-水-应力耦合过程进行了数值模拟，考察了缓冲层及岩体中若干点的温度、饱和度、孔隙水压力及主应力的变化、分布情况，并将部分结果与国外类似软件的计算数据作了对比，结果显示，在定性和定量上二者的规律有某种一致性，从而得出了一定的认识。     

核废料储库周边介质热力耦合数值分析

以热力学和热弹性理论为基础,分析热-力相互耦合作用及其对热特性参数和力特性参数的影响。建立了非等温条件下的耦合作用控制方程,给出了相应的空间离散和时间离散形式。利用有限元法对一核废料储库的平面问题进行了计算,讨论了储库周围粘性土介质内温度场、应力场等的动态发展变化规律,并分析了耦合效应对计算结果的影响。研究表明,随时间的增长,热能由储库边壁不断向远处传导和扩散,而在空间上又处于不断变化的非等温状态,这一动态变化过程必然会诱致周围土介质内应力的产生和发展,并随温度的变化而不断变化。     

核废料地质贮存岩体裂隙结构面几何特性参数分析

以前人对裂隙岩体几何结构的研究成果为基础，详细分析充分体现热效应的核废料贮存岩体隙结构面的几何特性，建立了温度作用下的裂隙密度计算关系式，。详细介绍了捞述受温度影响的渗流裂隙网络的特征变量。     

裂隙岩体水力特征数值模拟试验的初步结果

本文利用文献中的数据进行数值模拟试验,结果表明:流量等效和渗透作用力变形效果等效互不包容;不同级别结构面体系难以用连续介质方法处理,同级别结构面体系在工程作用力变化范围内,可由其静态水力特征推演动态特征;工程岩体结构面间充分连通的假设过于粗糙,常规试验手段获取的量值倾向于局部特征的反映。     

裂隙岩体渗流应力耦合研究现状与展望

裂隙岩体渗流应力耦合是岩石力学及工程领域研究的热点和难点问题。首先系统地阐述了裂隙岩体渗流应力耦合的试验、数学模型研究现状,归纳了常用数值分析方法及其应用情况,然后总结了研究热点和工程应用状况。通过对流固耦合研究现状分析,提出几点建议：（1）以往研究多集中在渗透性与法向应力之间的关系上,应多开展剪切应力和三维应力条件下裂隙岩体渗透性与应力之间的关系研究;（2）鉴于传统数值方法模拟裂隙扩展的困难,发展能考虑裂隙产生及扩展的新兴数值方法,如无网格法、数值流形元和混合有限元离散元分析方法等（3）考虑岩石特性、特殊环境下的多场耦合机理与应用研究,如非均质性、流变特性、高温低温、化学腐蚀等;（4）现有模型与实际情况虽有差距,但也应充分利用以使实际工程的设计与分析更加合理。     

基于COMSOL的地下水封油库围岩流固耦合特征模拟研究

地下水封油库通常建造于完整性好的结晶岩体内部,利用隙存水封的原理将油气封闭于地下洞室内部,洞库围岩在施工及运营期间具有典型的流固耦合特征。论文基于裂隙岩体流固耦合理论,采用COMSOL Multiphysics 软件对洞库围岩不同工况下流固耦合特征进行了模拟研究。研究结果表明:地下洞库在不设置人工水幕情况下,开挖后洞室顶部地下水位明显下降,并形成降落漏斗,可能导致洞室油气外溢; 设置人工水幕后,洞室顶部地下水位下降趋势得到明显控制,有效确保了水封的可靠性; 在设置水幕的情况下,洞室直墙及洞室拱顶与底板角点处出现明显的应力集中,但围岩仍未出现连贯塑性区,洞室最大位移不超过5mm,洞室围岩稳定性良好。分析成果对于指导洞库优化设计及施工具有一定的参考价值。     

膨润土在核废料处置环境中的膨胀衰减规律研究

利用Phreeqc软件模拟了核废料处置库中高压实膨润土中发生的化学反应,建立了K+、Ca2+、Na+、Mg2+ 4种阳离子的离子交换和矿物溶解沉淀的一维运移反应模型。模拟了核废料处置环境中,膨润土化学组分在不同流体环境下随时间和空间的变化规律,验证了膨胀性的衰减主要是由Na基蒙脱石转变为Ca基蒙脱石引起。结合膨润土化学组分变化结果,对膨润土膨胀性衰减程度进行了评估。得到1万年后海水和地下水环境下的高庙子膨润土膨胀性衰减系数分别达到0.83和0.92,MX80膨润土达到0.79和0.90。     

剪胀对复杂裂隙岩体渗透性影响的离散元分析

裂隙岩体流固耦合问题是目前国内外研究热点之一,采用离散元软件UDEC对裂隙岩体发生节理剪胀的渗透性变化规律进行了模拟分析。基于现场调查的裂隙信息统计生成裂隙网络岩体模型。 通过固定垂直应力、不断增加应力比RS(RS=水平应力/垂直应力)使岩体出现剪胀,采用库伦滑移节理模式对岩体在剪胀过程中的渗透性变化情况进行模拟。结果发现：当应力比较小(RS3.1)时,节理水力隙宽、流速、渗透系数等参数都随着应力比的增加表现出明显的降低; 而当岩体出现剪胀现象之后(应力比大于3.1),发生剪切滑移和剪胀现象的节理控制着裂隙岩体的总体渗流行为,与不考虑节理剪胀的计算结果相比,岩体渗透能力出现了显著增长。这一结果表明,剪胀对裂隙岩体渗透性的影响是显著而不可忽视的。     

含单节理裂隙岩体的单轴压缩试验及数值模拟

为了研究预制裂隙的厚度和宽度对节理岩体的力学特性的影响,对人工制作的单节理裂隙岩体进行了单轴压缩试验和数值模拟,研究了节理面的倾角β、节理面的厚度d、节理面的长度l对单轴抗压强度的影响。研究结果表明:(1)当节理面长度和厚度相同时,随着β随着由0°增加到90°时,试件的单轴抗压强度呈逐渐增加的趋势;当节理面的倾角β和厚度相同时,随着节理面长度的增加,试件的单轴抗压强度呈逐渐减小的趋势。(2)当节理面的倾角β和长度相同时,随着节理面厚度的增加,试件的单轴抗压强度呈逐渐减小的趋势。     

公路隧道施工期围岩快速分级的一种新方法

施工期围岩快速分级是保证隧道施工安全和工程质量的关键措施。结合绩黄、宁绩高速公路隧道群施工期围岩分级实践,在大量现场测试和室内试验的基础上,提出了一种基于国标BQ分级的新分级体系,并给出了每个分级指标的现场快速测试方法。用新分级体系进行隧道施工期围岩的快速分级工作,并以分级结果作为进化支持向量回归算法分级的训练样本,建立了隧道围岩分级的进化支持向量回归智能模型。为了方便现场使用,依据支持向量回归理论,将智能模型进一步转化为初等函数数学模型,经隧道围岩分级实例验证了该初等函数数学模型的准确性,为隧道施工期围岩快速分级提供了一种简便的新方法。