飽和巖體熱流固耦合模型研究.pdf

1、滲流場、溫度場和變形場是巖體物理地質(zhì)力學(xué)環(huán)境的重要組成部分，這三個(gè)場之間存在高度非線性的復(fù)雜耦合作用，即熱流固 Thermo-Hydro-Mechanical(THM)耦合作用。有關(guān)這三場的耦合作用研究在地?zé)豳Y源開發(fā)、石油工程、采礦工程、地下核廢料存儲(chǔ)安全、凍土等很多領(lǐng)域有著非常重要的應(yīng)用價(jià)值。由于研究對(duì)象的不同，熱流固耦合模型的形式存在差異，建立符合實(shí)際問題的三場耦合模型十分困難，而且全耦合模型解耦方法目前正在探索之中。因此，本文以飽

2、和巖體為研究對(duì)象，運(yùn)用混合分析法，建立了基于飽和小變形情形下的熱流固三場耦合模型，并通過數(shù)學(xué)方法和耦合軟件計(jì)算對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。 本文在回顧國內(nèi)外學(xué)者對(duì)多場耦合模型理論研究的進(jìn)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，從基本理論、作用模式、研究進(jìn)展三方面比較全面地闡述了三場耦合理論的研究成果。指出了熱流固三場耦合研究中的不足之處，在此基礎(chǔ)上提出了本文的研究重點(diǎn)及主要研究內(nèi)容；其次，本文基于線性熱彈性理論，建立了飽和多孔介質(zhì)熱流固三場耦合數(shù)學(xué)模型，包括地下水

3、滲流場控制方程、巖體變形場控制方程和溫度場控制方程，模型中重點(diǎn)考慮了介質(zhì)密度隨溫度和壓力變化、源項(xiàng)(包括溫度梯度和粘性耗散對(duì)多場中水力．力學(xué)的影響)等因素；第三，本文通過一維有限 Fourier求解、取耦合場中的兩場進(jìn)行算例驗(yàn)證和全耦合場算例驗(yàn)證等三種方式對(duì)提出的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值模擬分析及驗(yàn)證，結(jié)果證明了模型的合理可行性；然后通過變化參考項(xiàng)對(duì)模型進(jìn)行敏感性分析，說明了模型的適用性。最后，本文運(yùn)用多物理場耦合軟件 Comsol Multi