本文關(guān)鍵詞：巖石Biot系數(shù)試驗(yàn)分析及二氧化碳地質(zhì)處置工程應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來(lái),地下深部工程廣泛開(kāi)展,其中包含二氧化碳地質(zhì)處置工程、干熱巖開(kāi)發(fā)工程以及油氣開(kāi)采工程。此類地下深部工程均涉及地下深部巖體的溫度場(chǎng)-流體場(chǎng)-力學(xué)場(chǎng)多物理場(chǎng)耦合問(wèn)題,越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)展了有關(guān)地下深部巖體多場(chǎng)耦合問(wèn)題的研究。在眾多問(wèn)題的研究中,各國(guó)學(xué)者忽視了深部地下工程施工所引起的地下深部巖體溫度、有效應(yīng)力的變化,進(jìn)而導(dǎo)致的巖體固有參數(shù)的變化。為了解決此類問(wèn)題,本文著重針對(duì)地下深部工程開(kāi)展巖石Biot系數(shù)實(shí)驗(yàn)分析以及THM多場(chǎng)耦合模型研究。首先,選取松遼盆地以及鄂爾多斯盆地巖石實(shí)驗(yàn)樣品,測(cè)定巖石Biot系數(shù),同時(shí)測(cè)定巖石的密度、孔隙率、波速以及礦物成分等參數(shù),研究巖石Biot系數(shù)與這些因素的關(guān)系;其次,研究巖石裂隙、巖石所受溫度、有效應(yīng)力對(duì)四類巖石(花崗閃長(zhǎng)巖、流紋巖、粗粒砂巖、細(xì)粒砂巖)Biot系數(shù)的影響以及四類巖石Biot系數(shù)隨裂隙、溫度、有效應(yīng)力變化而變化的規(guī)律,并通過(guò)擬合實(shí)驗(yàn)結(jié)果推得不同巖石Biot系數(shù)隨溫度、有效應(yīng)力變化的經(jīng)驗(yàn)公式。再次,根據(jù)推導(dǎo)出的經(jīng)驗(yàn)公式修正筆者所在課題組自行編制的THM多場(chǎng)耦合模擬軟件,并通過(guò)InSalah場(chǎng)地實(shí)測(cè)值驗(yàn)證修正后模型的準(zhǔn)確性。最后,應(yīng)用巖石Biot系數(shù)修正后的THM多場(chǎng)耦合模擬軟件對(duì)鄂爾多斯二氧化碳地質(zhì)處置示范工程進(jìn)行預(yù)測(cè)。通過(guò)模擬研究該場(chǎng)地二氧化碳注入后的力學(xué)變化和塑性區(qū)展布特征,預(yù)測(cè)該場(chǎng)地可持續(xù)注入壓力以及該場(chǎng)地二氧化碳注入后地表變形情況。在巖石Biot系數(shù)實(shí)驗(yàn)分析研究中,測(cè)試了巖石Biot系數(shù)、密度、孔隙率、波速以及礦物成分,分析了巖石Biot系數(shù)與各影響因素間的關(guān)系:巖石Biot系數(shù)隨著密度的增加而減小,隨著孔隙率增加而增加,隨著波速增加而減小,即同一類巖石,巖石越致密巖石Biot系數(shù)越低;不同類巖石間巖石Biot系數(shù)還受到巖石結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定巖石Biot系數(shù)較低。巖石Biot系數(shù)不僅與巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)相關(guān),還跟巖石所處的狀態(tài)以及外部環(huán)境相關(guān),由實(shí)驗(yàn)可知:第一,溫度對(duì)巖石Biot系數(shù)有影響,并由于壓力不同所表現(xiàn)出的變化趨勢(shì)不同,在低壓力區(qū),隨溫度增加Biot系數(shù)增大;在高壓力區(qū),隨溫度增加Biot系數(shù)減小。有效應(yīng)力對(duì)巖石Biot系數(shù)有較大影響,巖石Biot系數(shù)隨有效應(yīng)力增加而減小。第二,通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究含不同方向裂隙巖石Biot系數(shù)隨溫度、有效應(yīng)力變化趨勢(shì),研究發(fā)現(xiàn)含裂隙巖石與完整巖石受溫度、有效應(yīng)力影響趨勢(shì)相同。并進(jìn)一步通過(guò)對(duì)比相同溫度、有效應(yīng)力條件下完整巖石及含不同方向裂隙巖石Biot系數(shù)發(fā)現(xiàn),含裂隙巖石Biot系數(shù)大于完整巖石Biot系數(shù),含豎向裂隙巖石Biot系數(shù)大于含橫向裂隙巖石Biot系數(shù)。由此可推斷,巖石中裂隙數(shù)量以及裂隙在巖石中的位置、方向均對(duì)巖石Biot系數(shù)產(chǎn)生影響。在進(jìn)行THM多場(chǎng)耦合模型研究過(guò)程中,根據(jù)推導(dǎo)出的Biot系數(shù)隨溫度、有效應(yīng)力變化的經(jīng)驗(yàn)公式修正筆者所在課題組自行編制的THM多場(chǎng)耦合模擬軟件,并通過(guò)InSalah場(chǎng)地實(shí)測(cè)值驗(yàn)證修正后模型的準(zhǔn)確性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)修正后的模擬程序計(jì)算結(jié)果更為貼近真實(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果,說(shuō)明修正后的模擬程序計(jì)算結(jié)果更為準(zhǔn)確。應(yīng)用巖石Biot系數(shù)修正后的THM多場(chǎng)耦合模擬程序?qū)Χ鯛柖嗨苟趸嫉刭|(zhì)處置工程進(jìn)行預(yù)測(cè),跟據(jù)實(shí)際場(chǎng)地情況建立了二維模型,經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn):隨著二氧化碳注入,巖體孔隙壓力逐步增加,有效壓力影響范圍明顯超過(guò)二氧化碳運(yùn)移范圍;隨著巖體孔隙壓力增加,巖體有效應(yīng)力減小,最終出現(xiàn)塑性區(qū),根據(jù)塑性區(qū)范圍以及破壞方式,計(jì)算出該場(chǎng)地二氧化碳注入壓力不易超過(guò)22MPa;隨著孔隙壓力增加導(dǎo)致地層發(fā)生變形,注入點(diǎn)附近巖石形變量隨著注入量的增加也是逐年增加的,最大形變量由第一年的1.36cm增加到第十年的4.65cm。
【關(guān)鍵詞】：Biot系數(shù) 影響因素 實(shí)驗(yàn)分析 多場(chǎng)耦合 地下深部工程
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X701;P642
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第1章 緒論14-24
• 1.1 研究背景與選題依據(jù)14-17
• 1.1.1 研究背景14-15
• 1.1.2 選題依據(jù)15-17
• 1.2 研究現(xiàn)狀17-20
• 1.2.1 深部地下工程多場(chǎng)耦合研究現(xiàn)狀17-18
• 1.2.2 二氧化碳地質(zhì)處置工程研究現(xiàn)狀18-19
• 1.2.3 巖石Biot系數(shù)研究現(xiàn)狀19-20
• 1.3 研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線20-24
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容20-22
• 1.3.2 技術(shù)路線22-24
• 第2章 巖石Biot系數(shù)及影響因素分析24-42
• 2.1 概述24-27
• 2.1.1 巖石Biot系數(shù)測(cè)試原理24-26
• 2.1.2 巖石Biot系數(shù)影響因素及影響機(jī)理26-27
• 2.2 樣品來(lái)源地地質(zhì)特征27-30
• 2.2.1 松遼盆地地質(zhì)特征28-29
• 2.2.2 鄂爾多斯盆地地質(zhì)特征29-30
• 2.3 相關(guān)參數(shù)測(cè)試原理及方法30-34
• 2.3.1 巖石Biot系數(shù)測(cè)試儀器30-31
• 2.3.2 巖石力學(xué)參數(shù)測(cè)試儀器31-32
• 2.3.3 滲透率及孔隙率測(cè)試儀器32-33
• 2.3.4 巖石波速測(cè)試儀器33-34
• 2.3.5 巖石微觀結(jié)構(gòu)掃描測(cè)試儀器34
• 2.4 巖石密實(shí)程度對(duì)巖石Biot系數(shù)的影響34-40
• 2.4.1 巖石Biot系數(shù)與巖石密度間的關(guān)系34-35
• 2.4.2 巖石Biot系數(shù)與巖石孔隙率間的關(guān)系35-36
• 2.4.3 巖石Biot系數(shù)與巖石波速間的關(guān)系36-38
• 2.4.4 巖石Biot系數(shù)與巖石結(jié)構(gòu)及礦物成分間的關(guān)系38-40
• 2.5 本章小結(jié)40-42
• 第3章 溫度、壓力及裂隙對(duì)巖石Biot系數(shù)影響實(shí)驗(yàn)分析42-66
• 3.1 概述42
• 3.2 溫度、壓力及裂隙對(duì)巖石Biot系數(shù)原理研究42-44
• 3.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)44-50
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)試樣44-46
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)步驟46-48
• 3.3.3 實(shí)驗(yàn)誤差消除48-50
• 3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果50-63
• 3.4.1 巖石排水體積模量51-53
• 3.4.2 巖石骨架體積模量測(cè)定53
• 3.4.3 巖石Biot系數(shù)53-55
• 3.4.4 含裂隙巖石體積模量及Biot系數(shù)測(cè)定55-63
• 3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析63-64
• 3.6 本章小結(jié)64-66
• 第4章 CGS工程中多場(chǎng)耦合模擬程序研究66-80
• 4.1 概述66
• 4.2 模擬程序介紹66-69
• 4.2.1 FLAC3D軟件66-67
• 4.2.2 TOUGHREACT軟件67-68
• 4.2.3 THM耦合計(jì)算程序介紹68-69
• 4.3 InSalah場(chǎng)地模型應(yīng)用研究69-73
• 4.3.1 InSalah場(chǎng)地介紹69
• 4.3.2 巖石Biot系數(shù)修正模塊研究69-71
• 4.3.3 InSalah場(chǎng)地參數(shù)介紹71-72
• 4.3.4 模型初始條件及邊界條件72-73
• 4.4 模擬對(duì)比結(jié)果73-78
• 4.4.1 有效應(yīng)力對(duì)比73-76
• 4.4.2 地表變形對(duì)比76-78
• 4.5 本章小結(jié)78-80
• 第5章 鄂爾多斯示范區(qū)修正Biot系數(shù)多場(chǎng)耦合模型應(yīng)用80-87
• 5.1 概述80
• 5.2 建立模型80-82
• 5.2.1 網(wǎng)格剖分80-81
• 5.2.2 邊界條件以及初始條件81-82
• 5.3 力學(xué)耦合模擬結(jié)果及分析82-86
• 5.3.1 孔隙流體壓力分布82-83
• 5.3.2 蓋層巖石力學(xué)穩(wěn)定性分析83-85
• 5.3.3 位移變化分布85-86
• 5.4 本章小結(jié)86-87
• 第6章 結(jié)論與建議87-90
• 6.1 結(jié)論87-88
• 6.2 建議與未來(lái)展望88-90
• 參考文獻(xiàn)90-97
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間所取得的科研成果97-98
• 致謝98

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1 鄭在勝;;巖石變形中的能量傳遞過(guò)程與巖石變形動(dòng)力學(xué)分析[J];中國(guó)科學(xué)(B輯 化學(xué) 生命科學(xué) 地學(xué));1990年05期

2 王方正;試論現(xiàn)代巖石學(xué)的學(xué)術(shù)思想[J];地學(xué)前緣;1994年Z1期

3 王明洋,戚承志,錢七虎,丁常樹(shù),羅昆升;巖石變形和破壞力學(xué)的基本問(wèn)題[J];解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2002年03期

4 王明洋,葛濤,戚承志,錢七虎;爆炸荷載作用下巖石的變形與破壞研究(Ⅰ)[J];防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào);2003年02期

5 黃理興;;巖石動(dòng)力學(xué)研究成就與趨勢(shì)[J];巖土力學(xué);2011年10期

6 張流;;不破壞樣品對(duì)受應(yīng)力巖石的內(nèi)部裂隙進(jìn)行觀察[J];地震地質(zhì)譯叢;1979年05期

7 劉聽(tīng)成;礦山巖石機(jī)械性研究之現(xiàn)狀及主要方法簡(jiǎn)介[J];北京礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào);1957年01期

8 郭志;巖石微結(jié)構(gòu)的力學(xué)效應(yīng)[J];水文地質(zhì)工程地質(zhì);1987年06期

9 金振民;高溫高壓巖石變形實(shí)驗(yàn)及其地球動(dòng)力學(xué)的意義[J];地質(zhì)科技情報(bào);1988年03期

10 А.В.Вихерт;張維根;;根據(jù)任意形態(tài)晶粒測(cè)定巖石的變形量[J];世界地質(zhì);1989年01期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 馮增朝;趙陽(yáng)升;段康廉;;非均質(zhì)細(xì)胞元隨機(jī)分布對(duì)巖石峰前變形特性的影響[A];巖石力學(xué)新進(jìn)展與西部開(kāi)發(fā)中的巖土工程問(wèn)題——中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)第七次學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2002年

2 楊俊英;杜麗芳;王立民;段保謙;;某幾種巖石實(shí)驗(yàn)室內(nèi)變形過(guò)程的測(cè)定[A];中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)工程地質(zhì)研究所所刊（第1號(hào)）[C];1985年

3 胡江春;祝彥知;何滿潮;孫曉明;;深部巖石隱性裂紋的電化學(xué)檢測(cè)機(jī)制[A];中國(guó)軟巖工程與深部災(zāi)害控制研究進(jìn)展——第四屆深部巖體力學(xué)與工程災(zāi)害控制學(xué)術(shù)研討會(huì)暨中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）百年校慶學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2009年

4 高紅梅;梁冰;蘭永偉;;高溫下巖石非達(dá)西滲流規(guī)律的探討[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2005論文摘要集（下）[C];2005年

5 王繩祖;;巖石的脆性—延性轉(zhuǎn)變:力學(xué)行為、微觀機(jī)制和宏觀結(jié)構(gòu)[A];第五屆全國(guó)構(gòu)造物理、第三屆全國(guó)高溫高壓學(xué)術(shù)討論會(huì)論文摘要[C];1992年

6 黃理興;;巖石動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀與展望[A];2009—2010巖石力學(xué)與巖石工程學(xué)科發(fā)展報(bào)告[C];2010年

7 周思孟;;關(guān)于巖石變形的基本偏微分方程[A];陳宗基論文選[C];1994年

8 肖建華;;巖石的多相本構(gòu)方程及其物性參數(shù)與幾何形態(tài)的演化[A];和諧地球上的水工巖石力學(xué)——第三屆全國(guó)水工巖石力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

9 潘一山;袁旭東;章夢(mèng)濤;;巖石失穩(wěn)破壞的應(yīng)變梯度模型[A];第六屆全國(guó)巖石動(dòng)力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議文集[C];1998年

10 馮增朝;趙東;王江芳;;靜水壓力狀態(tài)下巖石的應(yīng)力分布特性[A];巖石力學(xué)與工程的創(chuàng)新和實(shí)踐：第十一次全國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2010年

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1 王煜曦;巖石斷裂表面細(xì)觀接觸演化與剪切力學(xué)模型研究[D];北京科技大學(xué);2016年

2 李勇成;地下水封油庫(kù)巖石變形破壞機(jī)制及圍巖穩(wěn)定性研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）;2011年

3 張志鎮(zhèn);巖石變形破壞過(guò)程中的能量演化機(jī)制[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2013年

4 張杰;巖石壓脹特性及壓脹松動(dòng)增產(chǎn)技術(shù)研究[D];西南石油大學(xué);2008年

5 胡柳青;沖擊載荷作用下巖石動(dòng)態(tài)斷裂過(guò)程機(jī)理研究[D];中南大學(xué);2005年

6 趙衡;巖石變形特性與變形全過(guò)程統(tǒng)計(jì)損傷模擬方法研究[D];湖南大學(xué);2011年

7 劉巍;高溫高壓下幾種巖石的彈性縱波速度及其動(dòng)力學(xué)特征[D];中國(guó)地震局地質(zhì)研究所;2002年

8 褚衛(wèi)江;低孔隙度巖石細(xì)觀本構(gòu)模型及損傷—滲流耦合研究[D];河海大學(xué);2007年

9 朱杰兵;高應(yīng)力下巖石卸荷及其流變特性研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（武漢巖土力學(xué)研究所）;2009年

10 金解放;靜載荷與循環(huán)沖擊組合作用下巖石動(dòng)態(tài)力學(xué)特性研究[D];中南大學(xué);2012年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 譚厚坤;花崗巖試樣巖爆彈射破壞過(guò)程的三維離散元模擬[D];廣西大學(xué);2015年

2 羅小彥;砂巖蠕變斷裂及水的流固耦合試驗(yàn)研究[D];重慶大學(xué);2015年

3 徐云飛;實(shí)驗(yàn)室制備巖石漿體流變本構(gòu)模型研究[D];安徽理工大學(xué);2016年

4 陰紅宇;熱—力耦合作用下硬巖力學(xué)行為及巖爆發(fā)生機(jī)制研究[D];成都理工大學(xué);2013年

5 王義;基于FLAC3D巖石裂紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬研究[D];東北大學(xué);2014年

6 孫曉婷;鐵磁質(zhì)巖石擠壓破壞過(guò)程磁感應(yīng)強(qiáng)度異常的實(shí)驗(yàn)研究[D];東北大學(xué);2014年

7 白林;巖石Biot系數(shù)試驗(yàn)分析及二氧化碳地質(zhì)處置工程應(yīng)用[D];吉林大學(xué);2016年

8 姚鵬;炸藥與巖石的匹配分析研究[D];武漢理工大學(xué);2011年

9 楊麗娟;巖石細(xì)觀統(tǒng)計(jì)損傷數(shù)值模型及在地下工程中的應(yīng)用[D];河海大學(xué);2007年

10 翟小潔;巖石在單軸受荷條件下的超聲波特性研究[D];成都理工大學(xué);2008年

  本文關(guān)鍵詞：巖石Biot系數(shù)試驗(yàn)分析及二氧化碳地質(zhì)處置工程應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：298313