熱固耦合條件下巖石開挖損傷區(qū)的演化過程數(shù)值模擬.pdf

1、在地熱開發(fā)、石油的三次開采等工程中，必然會涉及到熱固耦合條件下巖體開挖損傷區(qū)的演化問題。開挖損傷區(qū)的形成及后續(xù)的時空演化過程是一個溫度場、應力場和損傷場相互耦合作用的過程。認清開挖損傷區(qū)的物理力學性質(zhì)及其時空演化規(guī)律，對于工程穩(wěn)定性和安全性評價及支護參數(shù)優(yōu)化是至關重要的。針對能源深部戰(zhàn)略儲備和核廢料深部地下處置等工程問題，近年來巖體開挖損傷區(qū)表征及其熱(Thermal)—力(Mechanical)(簡稱為TM)耦合模型方面取得了較大的進

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

3、了熱固耦合環(huán)境下巖體開挖損傷區(qū)的預測，數(shù)值模擬表明，圓形巷道在TM耦合條件下的損傷區(qū)一方面受控于地應力條件（側壓力系數(shù)），溫度場的作用亦會對損傷區(qū)的萌生和發(fā)展產(chǎn)生重要的影響。最后針對某巖石熱固耦合過程物理實驗，進行考慮溫度對參數(shù)影響條件下開挖損傷區(qū)的演化規(guī)律研究，并分五種不同的工況進行數(shù)值模擬，模擬結果表明，溫度場對損傷區(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，針對圍巖所處于的地應力和溫度邊界條件，采用熱固耦合模型進行