熱固耦合條件下巖石開(kāi)挖損傷區(qū)的演化過(guò)程數(shù)值模擬.pdf

1、在地?zé)衢_(kāi)發(fā)、石油的三次開(kāi)采等工程中，必然會(huì)涉及到熱固耦合條件下巖體開(kāi)挖損傷區(qū)的演化問(wèn)題。開(kāi)挖損傷區(qū)的形成及后續(xù)的時(shí)空演化過(guò)程是一個(gè)溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和損傷場(chǎng)相互耦合作用的過(guò)程。認(rèn)清開(kāi)挖損傷區(qū)的物理力學(xué)性質(zhì)及其時(shí)空演化規(guī)律，對(duì)于工程穩(wěn)定性和安全性評(píng)價(jià)及支護(hù)參數(shù)優(yōu)化是至關(guān)重要的。針對(duì)能源深部戰(zhàn)略儲(chǔ)備和核廢料深部地下處置等工程問(wèn)題，近年來(lái)巖體開(kāi)挖損傷區(qū)表征及其熱(Thermal)—力(Mechanical)(簡(jiǎn)稱為TM)耦合模型方面取得了較大的進(jìn)

2、展。
　　本文考慮巖體的損傷，在TM耦合模型中引入損傷變量，提出巖體損傷過(guò)程中的TM耦合數(shù)值模型。借助有限元軟件COMSOL Multiphysics(CM)，通過(guò)有限元編程實(shí)現(xiàn)該模型的數(shù)值求解。通過(guò)將均勻彈性介質(zhì)TM耦合響應(yīng)的數(shù)值模擬結(jié)果與理論分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，證實(shí)了CM求解TM耦合方程的有效性;通過(guò)含圓形孔洞的方形巖石試樣在單軸壓縮條件下?lián)p傷過(guò)程的數(shù)值模擬，驗(yàn)證了本文中提出的考慮損傷過(guò)程的TM耦合模型的正確性。
　　開(kāi)展

3、了熱固耦合環(huán)境下巖體開(kāi)挖損傷區(qū)的預(yù)測(cè)，數(shù)值模擬表明，圓形巷道在TM耦合條件下的損傷區(qū)一方面受控于地應(yīng)力條件（側(cè)壓力系數(shù)），溫度場(chǎng)的作用亦會(huì)對(duì)損傷區(qū)的萌生和發(fā)展產(chǎn)生重要的影響。最后針對(duì)某巖石熱固耦合過(guò)程物理實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行考慮溫度對(duì)參數(shù)影響條件下開(kāi)挖損傷區(qū)的演化規(guī)律研究，并分五種不同的工況進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬結(jié)果表明，溫度場(chǎng)對(duì)損傷區(qū)的產(chǎn)生和發(fā)展的影響比邊界荷載產(chǎn)生的影響更大，在數(shù)值模擬中，針對(duì)圍巖所處于的地應(yīng)力和溫度邊界條件，采用熱固耦合模型進(jìn)行