本文選題：Boom + Clay　； 參考：《長江大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：泥巖是同時具有較低的滲透性、良好的蠕變特性、高吸附性以及遇水損傷自修復(fù)特性的富含粘土礦物,而Boom Clay繼承了泥巖的上述特性的同時還有較好的膨脹性,使得Boom Clay地層具備非常好的化學(xué)封閉性,因此被比利時、法國、瑞士、德國等歐洲國家一致認(rèn)定為處置核廢料的最佳地層之一。為了能更確切的了解泥巖各地層不同的原位物理力學(xué)特性,歐洲內(nèi)的數(shù)國均開展了地下實驗項目,以對其進(jìn)行系統(tǒng)的研究。本文結(jié)合比利時HADES地下實驗室項目,對Boom Clay的彈塑性力學(xué)特性和應(yīng)力-滲流耦合特性進(jìn)行了研究,主要的研究內(nèi)容如下:(1)對Boom Clay的地層分布、礦物組成顆粒粒徑分布等基本物理參數(shù)進(jìn)行了分析,結(jié)果表明:Boom Clay地層分布較為均勻;顆粒組成中,粒徑小于32μm和小于62μm的居多;Boom Clay的礦物成分中粘土礦物占比大約在60%左右,這些粘土礦物包括伊利石、蒙脫石和高嶺石;非粘土礦物主要為石英和長石組成。(2)對Boom Clay的室內(nèi)三軸試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)Boom Clay具有明顯的峰前硬化和峰后軟化力學(xué)特性,利用全應(yīng)力-應(yīng)變過程中的應(yīng)變變化,建立了內(nèi)變量,以此為參考,提出了能考慮應(yīng)變硬化、軟化的彈塑性耦合模型,并利用有限元軟件ABAQUS對該模型進(jìn)行了驗證。驗證結(jié)果發(fā)現(xiàn),利用該模型所計算出的結(jié)果能夠較貼切的反映Boom Clay在實際三軸壓縮過程中的變形特征。(3)對Boom Clay在壓縮變形過程中的滲透率演化規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)的分析,通過參考其他不同巖石在全應(yīng)力-應(yīng)變過程中的滲透性演化規(guī)律,并結(jié)合文中所建立的內(nèi)變量將Boom Clay的滲透率演化過程分為三個階段:擴容前的降低階段、擴容后的極速增長階段、達(dá)到殘余階段后的穩(wěn)定階段。為能充分考慮擴容點對滲透率突變的影響,引入了逾滲理論,在逾滲理論的基礎(chǔ)上,結(jié)合圍壓與初始滲透率和峰值滲透率的關(guān)系,建立了能考慮圍壓效應(yīng)的Boom Clay滲透率演化方程。(4)結(jié)合所建立的Boom Clay彈塑性耦合模型和考慮圍壓效應(yīng)的Boom Clay滲透率演化方程,建立了Boom Clay應(yīng)力-滲流耦合模型,利用USDFLD接口將模型嵌入到ABAQUS中,利用該模型對Boom Clay的三軸壓縮試驗進(jìn)行了模擬,通過分析結(jié)果對該模型中的滲透率演化特征進(jìn)行了驗證。(5)基于Boom Clay各項物理力學(xué)參數(shù)、考慮應(yīng)力-滲流耦合特征的Boom Clay模型等研究成果,結(jié)合比利時HADES地下實驗室的CONNECTING GALLERY項目,建立Boom Clay地層中的盾構(gòu)法巷道開挖有限元模型,對巷道開挖過程中的圍巖應(yīng)力、變形、和滲流特征變化進(jìn)行模擬分析,為Boom Clay地層中的巷道開挖提供圍巖的穩(wěn)定性分析依據(jù)。
[Abstract]:Mudstone is rich in clay minerals with low permeability, good creep property, high adsorption and self-repairing property of water damage, while Boom Clay inherits the above characteristics of mudstone and has good expansibility. The Boom Clay formation has very good chemical closure, so Belgium, France, Switzerland, Germany and other European countries are unanimously recognized as one of the best formations for the disposal of nuclear waste. In order to better understand the different in-situ physical and mechanical properties of mudstone, several countries in Europe have carried out underground experiments to study them systematically. In this paper, the elastic-plastic mechanical properties and stress-seepage coupling characteristics of Boom Clay are studied in conjunction with the HADES underground laboratory project in Belgium. The main research contents are as follows: 1) stratigraphic distribution of Boom Clay. The basic physical parameters, such as particle size distribution of mineral composition, are analyzed. The results show that the formation distribution of Clay is relatively uniform, and the clay minerals account for about 60% of the mineral composition of the mineral particles smaller than 32 渭 m and less than 62 渭 m, respectively, and the distribution of clay minerals is about 60% in the mineral composition of Bom Clay, which is smaller than 32 渭 m and less than 62 渭 m. These clay minerals, including Illite, montmorillonite and kaolinite, and non-clay minerals, mainly composed of quartz and feldspar, are used to analyze the laboratory triaxial test data of Boom Clay. It is found that Boom Clay has obvious mechanical properties of pre-peak hardening and post-peak softening. Based on the strain variation in the process of total stress-strain, an elastic-plastic coupling model which can take strain hardening and softening into account is proposed and verified by the finite element software ABAQUS. The results show that the calculated results of the model can reflect the deformation characteristics of Boom Clay in the actual triaxial compression process. The permeability evolution law of Boom Clay during compression deformation is analyzed systematically. The permeability evolution of Boom Clay is divided into three stages by referring to the evolution law of permeability of other rocks in the whole stress-strain process and the internal variables established in this paper. After the expansion of the extremely rapid growth phase, the residual stage of stability after the stage. In order to fully consider the effect of expansion point on permeability catastrophe, the percolation theory is introduced. On the basis of percolation theory, the relationship between confining pressure and initial permeability and peak permeability is combined. The Boom Clay permeability evolution equation considering confining pressure effect is established. The Boom Clay elastic-plastic coupling model and the Boom Clay permeability evolution equation considering confining pressure effect are established. The Boom Clay stress-seepage coupling model is established. The USDFLD interface is used to embed the model into ABAQUS. The model is used to simulate the triaxial compression test of Boom Clay. The permeability evolution characteristics in the model are verified by the analysis results. The model is based on the various physical and mechanical parameters of Boom Clay. Considering the Boom Clay model of stress-seepage coupling characteristics and combining with the CONNECTING GALLERY project of HADES underground laboratory in Belgium, the finite element model of tunnel excavation with shield method in Boom Clay stratum is established. The stress and deformation of surrounding rock in the excavation process of roadway are analyzed. The stability analysis of surrounding rock is provided for roadway excavation in Boom Clay stratum.
【學(xué)位授予單位】：長江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TD315

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本文編號：1839133