【摘要】：隨著傳統(tǒng)化石能源的日漸枯竭,核能也在越來越多的場(chǎng)合被采用。核能源的利用不可避免的會(huì)帶來核廢料的產(chǎn)生,目前處理核廢料的唯一辦法便是專門建設(shè)深埋處置庫將其存放。本文以核廢物的處置為工程背景,通過有限元模擬,計(jì)算分析了單裂隙巖體模型和規(guī)則多裂隙巖體模型中滲流場(chǎng)和溫度場(chǎng)之間的作用關(guān)系,并分析了裂隙張開度、裂隙水滲流速度、巖石熱傳導(dǎo)系數(shù)、熱源溫度等因素對(duì)裂隙巖體溫度場(chǎng)的分布的影響。主要的成果如下： (1)通過建立單裂隙巖體模型,推導(dǎo)了裂隙水和與裂隙接觸巖體的溫度控制方程,在此基礎(chǔ)上得到了理想情況下的解析解,并將其與COMSOL所得的有限元計(jì)算結(jié)果相比對(duì)。結(jié)果表明,基于有限元變分方法的數(shù)值模擬結(jié)果能夠和解析解很好的吻合,而解析解求解過程中對(duì)于一些次要條件的忽略會(huì)導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。 (2)在規(guī)則多裂隙巖體模型中,得到了流體滲流——傳熱的控制方程,并對(duì)方程進(jìn)行離散化處理,進(jìn)行有限元計(jì)算。將計(jì)算結(jié)果與課題組此前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及有限差分軟件FLAC的模擬結(jié)果進(jìn)行比對(duì),發(fā)現(xiàn)對(duì)溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬結(jié)果要略高于實(shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,這是由于絕熱邊界條件在現(xiàn)實(shí)中難以實(shí)現(xiàn),熱量不可避免的耗散降低了實(shí)際模型的溫度值。COMSOL有限元軟件雖然在計(jì)算過程中會(huì)花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間,但其對(duì)不規(guī)則區(qū)域網(wǎng)格劃分的適應(yīng)性以及對(duì)于多物理場(chǎng)耦合分析的功能等特點(diǎn)要好于有限差分法。 (3)影響溫度場(chǎng)分布的最重要兩個(gè)因素是裂隙的張開度和裂隙中滲流的速度。裂隙越寬,裂隙滲流越快,會(huì)使得更多的水進(jìn)入裂隙與巖石進(jìn)行對(duì)流換熱,從而降低了巖石溫度以及水流的升溫幅度。同樣,熱源溫度的不同可以給整個(gè)裂隙巖體溫度場(chǎng)的數(shù)值帶來改變,而且地下水的流出溫度受熱源溫度影響很大。而巖石的熱傳導(dǎo)系數(shù)增加,會(huì)使得裂隙巖體中更多的熱量通過熱傳導(dǎo)的方式來進(jìn)行,而且?guī)r石和水流的溫度梯度也會(huì)變大。但是其影響幅度要小于裂隙張開度和滲流速度。 (4)離熱源近的裂隙控制著溫度分布,它會(huì)阻隔熱量的向遠(yuǎn)處傳遞。遠(yuǎn)端的裂隙以及兩條裂隙之間的裂隙都會(huì)對(duì)整個(gè)裂隙巖體溫度場(chǎng)的分布產(chǎn)生影響。遠(yuǎn)處的裂隙一方面會(huì)影響與之相鄰的近端巖體溫度分布,另一方面更主要地控制著更遠(yuǎn)處巖體以及邊界上的溫度情況。而兩條裂隙之間的裂隙提供了地下水流動(dòng)的通道,使得單條裂隙對(duì)溫度分布的影響范圍隨著裂隙之間的連通而大大增加。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TL942.1
【圖文】：

中，所要研究的模型是由兩大塊IX0.5m的花崗巖所組成，兩塊巖石

上下邊界處的網(wǎng)格相對(duì)稀疏，劃分了 15個(gè)單元，每個(gè)單元的長(zhǎng)度為66.7inm。中間部分逐漸過渡。模型的整體網(wǎng)格劃分以及裂隙附近的局部特征如圖34和圖3-5所示。從圖3-5中可以看出，在COMSOL中對(duì)裂隙的處理和對(duì)其他連續(xù)介質(zhì)的處理方法相類似，把裂隙當(dāng)成一個(gè)特殊的實(shí)體對(duì)象來進(jìn)行處理。說其特殊，是由于允20

Figure 3-8 Isotherm of rock mass model with fracture of 3mm通過比對(duì)圖3-5、圖3-7和圖3-8，可以發(fā)現(xiàn)隨著裂隙寬度的增加，裂隙水流和巖石塊體的溫度在中間區(qū)域內(nèi)相等的地點(diǎn)出現(xiàn)的越來越晚，而且相等的溫度值也是越來越低。當(dāng)裂縫寬度為1mm時(shí)，溫度相等的點(diǎn)距模型左邊界的距離為0.23m左右，溫度約為87°C。當(dāng)裂縫寬度增加到2mm時(shí)，溫度相等的點(diǎn)出現(xiàn)在距模型左邊界0.38m處，溫度也降為7rC。而當(dāng)裂縫為3mm寬時(shí)，直到距模型左邊界0.49m處溫度才相等

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 楊松林,黃啟平,張健民;層狀裂隙巖體蠕變?nèi)崃抗烙?jì)的合理方法[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2004年18期

2 張強(qiáng)勇,李術(shù)才,陳衛(wèi)忠;裂隙巖體加索支護(hù)模型及其工程應(yīng)用[J];巖土力學(xué);2004年09期

3 向文飛;周創(chuàng)兵;;裂隙巖體表征單元體研究進(jìn)展[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2005年S2期

4 丁紅瑞;王如賓;;基于單裂隙巖體二維穩(wěn)定溫度場(chǎng)數(shù)值模擬分析[J];災(zāi)害與防治工程;2005年02期

5 韓嵩;蔡美峰;;單軸荷載下裂隙巖體超聲波傳播速度研究[J];黃金;2006年12期

6 張海波;王媛;王魯明;張偉;;裂隙巖體動(dòng)力特性的試驗(yàn)?zāi)M研究[J];河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2007年03期

7 劉曉麗;王恩志;王思敬;;裂隙巖體精細(xì)結(jié)構(gòu)描述及工程特性數(shù)值試驗(yàn)[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2008年S2期

8 趙旭平;;工程建設(shè)中裂隙巖體的三維非線性有限元分析[J];中國(guó)煤炭地質(zhì);2008年S1期

9 紀(jì)成亮;李曉昭;王駒;趙曉豹;汪志濤;邵冠慧;王益壯;;裂隙巖體滲透系數(shù)確定方法研究[J];工程地質(zhì)學(xué)報(bào);2010年02期

10 韓建新;李術(shù)才;李樹忱;仝興華;李文婷;;多組貫穿裂隙巖體變形特性研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2011年S1期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 付永勝;魏安;李雋蓬;;非貫通裂隙巖體裂紋擴(kuò)展規(guī)律及破壞機(jī)制[A];第四屆全國(guó)工程地質(zhì)大會(huì)論文選集（二）[C];1992年

2 李寧;張平;陳蘊(yùn)生;;裂隙巖體試驗(yàn)研究進(jìn)展與思考[A];巖石力學(xué)新進(jìn)展與西部開發(fā)中的巖土工程問題——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

3 吉小明;;裂隙巖體多重介質(zhì)流固耦合分析的全耦合數(shù)學(xué)模型與有限元公式[A];中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)第九屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（下冊(cè)）[C];2003年

4 柴軍瑞;;裂隙巖體水-巖-熱耦合非線性動(dòng)力學(xué)模型研究綜述[A];全國(guó)巖土與工程學(xué)術(shù)大會(huì)論文集（上冊(cè)）[C];2003年

5 梁作景;;堅(jiān)硬裂隙巖體中洞庫的錨噴支護(hù)[A];地下工程經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)論文選集[C];1982年

6 蔣爵光;凌建明;;非貫通裂隙巖體的損傷模型及其強(qiáng)度預(yù)測(cè)[A];巖土力學(xué)數(shù)值方法的工程應(yīng)用——第二屆全國(guó)巖石力學(xué)數(shù)值計(jì)算與模型實(shí)驗(yàn)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];1990年

7 李新平;朱維申;;裂隙巖體的損傷斷裂模型與強(qiáng)度特性分析[A];巖石力學(xué)測(cè)試技術(shù)及高邊坡穩(wěn)定性——第二次湖北省暨武漢巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];1990年

8 劉曉麗;王恩志;王思敬;劉順貴;;裂隙巖體滲透性研究[A];中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)工程地質(zhì)專業(yè)委員會(huì)2006年學(xué)術(shù)年會(huì)暨“城市地質(zhì)環(huán)境與工程”學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2006年

9 吳剛;;裂隙巖體模型的卸荷破壞試驗(yàn)研究[A];第六屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第三卷）[C];1997年

10 鄭少河;姚海林;葛修潤(rùn);;裂隙巖體非穩(wěn)態(tài)滲流特性分析[A];巖石力學(xué)新進(jìn)展與西部開發(fā)中的巖土工程問題——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

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 李志偉;“杰青”催化出來的優(yōu)秀科學(xué)家[N];光明日?qǐng)?bào);2004年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 張志強(qiáng);非貫通裂隙巖體破壞細(xì)觀特征及其宏觀力學(xué)參數(shù)確定方法[D];西安理工大學(xué);2009年

2 張莉麗;裂隙巖體滲透典型單元體存在性[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）;2011年

3 易小明;裂隙巖體損傷位移反分析[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（武漢巖土力學(xué)研究所）;2006年

4 向文飛;裂隙巖體表征單元體及力學(xué)特性尺寸效應(yīng)研究[D];武漢大學(xué);2005年

5 楊慧;水—巖作用下多裂隙巖體斷裂機(jī)制研究[D];中南大學(xué);2010年

6 路威;裂隙巖體水流—傳熱模型試驗(yàn)與計(jì)算理論研究[D];北京交通大學(xué);2012年

7 楊建平;裂隙巖體宏觀力學(xué)參數(shù)評(píng)價(jià)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

8 路亞妮;裂隙巖體凍融損傷力學(xué)特性試驗(yàn)及破壞機(jī)制研究[D];武漢理工大學(xué);2013年

9 張勇;稀疏裂隙巖體三維飽和水流—傳熱及熱應(yīng)力半解析計(jì)算方法研究與應(yīng)用[D];北京交通大學(xué);2014年

10 薛孌鸞;裂隙巖體的滲流與應(yīng)力應(yīng)變耦合的復(fù)合單元算法[D];武漢大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張辛;基于等效滲透張量的裂隙巖體典型單元體存在性研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）;2010年

2 王利戈;多裂隙巖體的破壞機(jī)理試驗(yàn)及數(shù)值分析研究[D];山東大學(xué);2012年

3 白蘭蘭;裂隙巖體熱流模型研究[D];河海大學(xué);2007年

4 張海波;動(dòng)、靜荷載作用下不同傾角裂隙巖體力學(xué)性能試驗(yàn)?zāi)M研究[D];河海大學(xué);2007年

5 韓松峰;裂隙巖體在水—巖作用下的損傷機(jī)理分析及其加固機(jī)理研究[D];山東科技大學(xué);2009年

6 項(xiàng)呂;滲流影響下裂隙巖體損傷斷裂機(jī)制的數(shù)值分析研究[D];山東大學(xué);2012年

7 徐劍;層狀裂隙巖體彈塑性損傷特性的分析與研究[D];武漢理工大學(xué);2008年

8 孫健;裂隙巖體熱—水—力三場(chǎng)耦合米級(jí)尺度模型試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究[D];北京交通大學(xué);2012年

9 李維溪;裂隙巖體滲流—傳熱耦合的有限元模擬研究[D];北京交通大學(xué);2015年

10 齊曲;裂隙巖體的隨機(jī)分析方法[D];北京交通大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2790054