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《华东理工大学》 2014年
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含圆柱形/球形空洞饱和多孔介质的化学—热应力分析

戴清晨  
【摘要】:基于Biot理论框架和加权平均温度概念,在热局部非平衡条件下建立了横观各向同性流体饱和多孔弹性介质的化学-热-弹性模型。研究和数值分析了在温度和孔隙流体浓度变化下,含圆柱形空洞和含球形空洞无限大流体饱和多孔弹性介质的孔隙压力和化学-热应力的变化特征等问题。主要工作如下: 首先,在热局部非平衡条件下,对以溶剂和溶质为组分组成的孔隙流体,建立了横观各向同性饱和多孔弹性介质的化学-热-弹性模型;并且对平面应变问题,在固相位移为无旋场的情况下给出了孔隙流体压力和溶质摩尔量变化量与固相位移的解耦方程。然后,对于含圆柱形空洞和含球形空洞无限大饱和多孔弹性介质,分别获得了固相和孔隙流体的温度、孔隙压力以及溶质摩尔量变量在Laplace域中的表达式。最后,数值分析并考察了材料的各向异性以及温度和溶质摩尔量的变化对孔隙压力和固相应力的影响,进一步比较了化学效应、化学-热效应和热局部非平衡效应的影响差异。 数值结果表明:1)对于含圆柱形空洞情况(横观各向同性砂岩材料),相比较于弹性模量之比,材料的热膨胀系数之比对由热引起的孔隙压力和热应力所产生的影响更为明显;在Sp值较小(≈0.35)且Biot数为中等值(≈1.0)时,热局部非平衡效应十分明显,孔隙压力和径向热应力绝对值的峰值提高了2-3倍。2)对于含圆柱形空洞情况(各向同性砂岩材料),在温度和溶质摩尔量的共同发生变化时,溶质摩尔量的变化(化学效应)对于孔隙压力和固相应力(峰值)的影响明显强于温度变化(热效应)的影响;化学效应或化学-热效应下孔隙压力的峰值与总应力绝对值的峰值处于同量级;在Sp值较小(≈0.35)且Biot数为中等值(≈1.0)时,热局部非平衡效应比较明显,径向热应力绝对值的峰值提高了40~50%。3)对于含球形空洞情况(各向同性粘土材料),在温度和溶质摩尔量的共同发生变化时,对于孔隙压力和固相应力,化学效应明显强于热效应且起主要作用;在Sp值较小(≈0.35)且Biot数为中等值(≈1.0)时,径向应力的热局部非平衡效应最为明显。此外,无论是仅考虑化学效应还是考虑化学-热效应,孔隙压力大小与固相应力大小(绝对值)基本上处于同一数量级。
【学位授予单位】:华东理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:O357.3

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【参考文献】
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