【摘要】：流-固耦合作用下巖體裂隙的萌生、擴(kuò)展及相互貫通對(duì)高溫巖體地?zé)衢_發(fā)中人工熱儲(chǔ)的建造具有深遠(yuǎn)的理論和實(shí)際意義。依據(jù)彈性力學(xué)和流體力學(xué)理論,建立了不同應(yīng)力和水壓下的流-固耦合數(shù)學(xué)模型,采用修正Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則作為裂隙巖體破壞的判別準(zhǔn)則,運(yùn)用有限元軟件(Comsol Multiphysics)分析了水壓力對(duì)裂隙巖體破環(huán)過程的作用機(jī)制。數(shù)值結(jié)果表明:不同深度對(duì)裂隙巖體破壞貫通區(qū)域形成的水壓力值具有較大影響,水壓力值隨深度的變化規(guī)律近視服從指數(shù)關(guān)系。
【圖文】：

孔隙水壓力；Ｇ為剪切模量；ｖ為泊松比；Ｅ為彈性模量；δｉｊ是Ｋｒｏｎｅｃｋｅｒ符號(hào)，定義方法，當(dāng)ｉ＝ｊ時(shí)等于１，當(dāng)ｉ≠ｊ時(shí)等于０；Ｆｉ、μｉ為在ｉ方向的體積應(yīng)力、位移分量；β為巖體的滲透率；ｕ１是流體的動(dòng)力粘滯系數(shù)；α為Ｂｉｏｔ系數(shù)；φ為孔隙水壓力系數(shù)。１．２巖體裂隙強(qiáng)度準(zhǔn)則因本文假設(shè)所采用的巖體材料模型為線彈性材料，結(jié)合目前所研究的成果［７－８］，采用修正的Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ強(qiáng)度準(zhǔn)則（見圖１）作為裂隙巖體的屈服判別準(zhǔn)則（拉應(yīng)力為正）其表達(dá)式為：σ３＝Ｔｔ（５）σ１＝σ３１＋ｓｉｎφ１－ｓｉｎφ－σｃ（６）式中，Ｔｔ為單軸抗拉強(qiáng)度，ＭＰａ；ｃ為內(nèi)聚力，ＭＰａ；φ為內(nèi)摩擦角，（°）；σｃ為巖體單軸抗壓強(qiáng)度。圖１修正Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ強(qiáng)度準(zhǔn)則２數(shù)值模擬算例圖２為物理計(jì)算模型，物理模型選�。担埃埃恚�×５００ｍｍ的各向同性平面應(yīng)變模型（模型兩邊預(yù)制兩條裂縫），計(jì)算應(yīng)力場(chǎng)邊界條件為：模型左右和下邊界施加輥支撐，在上邊界分別施加０，１２．５，２５，５０，７５ＭＰａ應(yīng)力。滲流邊界條件為：模型四周邊界為無流動(dòng)，在模型兩裂縫施加不同水壓以匹配不同地應(yīng)力情況，數(shù)值模擬計(jì)算所用的巖體和流體物理參數(shù)見１～２。圖２數(shù)值計(jì)算模型表１巖體的物理力學(xué)參數(shù)密度／（ｋｇ／ｍ３）彈性模量／ＧＰａ泊松比滲透率／ｍ２抗拉強(qiáng)度／ＭＰａ內(nèi)摩擦角／（°）２７００５１．４２０．３１０－１２１２３６表２流體的物理

因本文假設(shè)所采用的巖體材料模型為線彈性材料，結(jié)合目前所研究的成果［７－８］，采用修正的Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ強(qiáng)度準(zhǔn)則（見圖１）作為裂隙巖體的屈服判別準(zhǔn)則（拉應(yīng)力為正）其表達(dá)式為：σ３＝Ｔｔ（５）σ１＝σ３１＋ｓｉｎφ１－ｓｉｎφ－σｃ（６）式中，Ｔｔ為單軸抗拉強(qiáng)度，ＭＰａ；ｃ為內(nèi)聚力，ＭＰａ；φ為內(nèi)摩擦角，（°）；σｃ為巖體單軸抗壓強(qiáng)度。圖１修正Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ強(qiáng)度準(zhǔn)則２數(shù)值模擬算例圖２為物理計(jì)算模型，物理模型選取５００ｍｍ×５００ｍｍ的各向同性平面應(yīng)變模型（模型兩邊預(yù)制兩條裂縫），計(jì)算應(yīng)力場(chǎng)邊界條件為：模型左右和下邊界施加輥支撐，在上邊界分別施加０，１２．５，２５，，５０，７５ＭＰａ應(yīng)力。滲流邊界條件為：模型四周邊界為無流動(dòng)，在模型兩裂縫施加不同水壓以匹配不同地應(yīng)力情況，數(shù)值模擬計(jì)算所用的巖體和流體物理參數(shù)見１～２。圖２數(shù)值計(jì)算模型表１巖體的物理力學(xué)參數(shù)密度／（ｋｇ／ｍ３）彈性模量／ＧＰａ泊松比滲透率／ｍ２抗拉強(qiáng)度／ＭＰａ內(nèi)摩擦角／（°）２７００５１．４２０．３１０－１２１２３６表２流體的物理力學(xué)參數(shù)密度／（ｋｇ·ｍ３）動(dòng)力粘度／（Ｐａ·ｓ）壓縮系數(shù)／（１／ｐａ）壓縮系數(shù)／（１／ｐａ）１０００１０－３５．３１×１０－９５．３１×１０－９３模擬結(jié)果分析針對(duì)圖２所建立的模型進(jìn)行計(jì)算，得到流固耦合作用下裂隙巖體在上邊界施加應(yīng)力為０時(shí)，不同水壓下的破壞區(qū)域（見圖３）。圖３中藍(lán)色區(qū)
【作者單位】： 太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院;太原理工大學(xué)采礦工藝研究所;
【分類號(hào)】：TD315.3

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本文編號(hào)：2527423