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《西南交通大学》 2003年
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三场耦合作用相关试验及耦合强度量化研究

贺玉龙  
【摘要】: 温度场、渗流场和变形场是岩体物理地质力学环境的重要组成部分,这三个场之间存在高度非线性的复杂耦合作用,即THM耦合作用。近20年来,三场耦合理论取得了很大的进展,但作为一个新兴的交叉研究领域,三场耦合理论的研究还存在不少问题。本文结合国家自然科学基金项目,对当前三场耦合研究领域中存在的一些问题进行了研究。 论文进行的主要工作及取得的主要结论以及创新性成果包括: (1)从三场耦合作用模式、三场耦合数学模型和相关试验研究3个方面比较全面地总结了三场耦合的国内外研究现状。 (2)根据连续性方程、线动量平衡方程和能量守恒方程以及相应的物性方程推导了饱和岩体温度场-渗流场-变形场三场耦合作用控制方程组。在推导控制方程组时舍弃了“局部热平衡”假设,采用了热弹塑性本构关系,考虑了温度梯度对地下水渗流的影响(类Soret效应)以及地下水的粘性耗散对岩体温度场的影响。 (3)在不同温度水平和不同有效应力水平下,进行了砂岩的孔隙度试验。试验结果表明,有效应力对砂岩孔隙度的影响较大,在温度一定的情况下,砂岩的孔隙度随有效应力的增加而呈负指数规律减小;而温度变化(本试验中的温度变化范围为37.6℃)对砂岩孔隙度的影响很小。 (4)在不同温度水平和不同有效应力水平下,进行了砂岩的渗透率试验。试验结果表明,温度的升高或(和)有效应力的增加都将导致砂岩渗透率的减小。在温度一定的条件下,砂岩的渗透率和水力传导系数均随有效应力的增加而呈负指数规律减小,但在有效应力一定的条件下,水力传导系数与温度之间的关系函数并非单调函数。 (5)根据对试验结果的分析,初步提出了温度和有效应力对渗透率的影响机理。就本试验所用砂岩而言,有效应力对渗透率的影响主要在于有效应力对孔隙,尤其是对喉道的压缩作用;而温度对渗透率的影响则主要在于随温度升高而加剧的粘土矿物的分散作用以及砂岩骨架的热膨胀对喉道的压缩作用。 (6)进行了围压升降过程中砂岩岩样和单裂隙试件的渗透率试验。试验结果表明,在围压升降过程中,砂岩和单裂隙花岗岩的渗透率均随有效应 西南交通大学博士研究生学位论文 第日页 力的增加呈负指数规律减小,但单裂隙试件的渗透率对有效应力的敏感程度 远大于砂岩,而砂岩渗透率的恢复程度则远大于单裂隙试件。在围压下降过 程中,砂岩和单裂隙试件渗透率的恢复均存在明显的应力滞后效应。 (7)根据多方收集到的资料,考察了温度和压力对岩石和地下水物性 参数的影响。研究表明,与压力的影响相比,温度对岩石和地下水物性参数 的影响更大。本文给出了地下水物性参数与温度之间精度较高的关系式。 (8)在前人研究的基础上,根据试验研究给出了比较全面的三场祸合 作用模式;根据祸合作用实现方式的不同,将三场藕合机理分为两类:“力 学”祸合和“参数”祸合。 (9)进行了温度场、渗流场和变形场三场两两祸合作用强度的量化研 究,发展并完善了6个祸合强度量化参数,为三场祸合数学模型的合理简化 提供了一种依据,对推进三场祸合理论的工程应用具有一定的现实意义。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:P584

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【引证文献】
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2 杨辉;葛伟亚;董志高;;垃圾填埋场温度-渗流耦合数学模型的研究[J];安全与环境工程;2008年04期
3 王永岩;曾春雷;卢灿东;;隧道围岩热力耦合的数值模拟研究[J];矿业研究与开发;2008年01期
4 唐世斌;唐春安;李连崇;;准脆性介质热流固及损伤耦合效应的数值模型[J];水利学报;2010年10期
5 贺玉龙;杨立中;杨吉义;;非饱和岩体三场耦合控制方程[J];西南交通大学学报;2006年04期
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1 唐超;填砂裂隙岩体渗流—传热模型实验与数值模拟研究[D];北京交通大学;2011年
2 宋珲;季节性冻土地区路基稳定性的数值分析[D];西南交通大学;2006年
3 陶玉敬;不同JRC单裂隙渗流特征的试验研究[D];西南交通大学;2007年
4 刘善利;饱和岩体热流固耦合模型研究[D];河海大学;2007年
5 孔令奇;季节性冻土地区路基稳定性的数值分析[D];西南交通大学;2007年
6 杨辉;生活垃圾渗滤液运移的温度—渗流耦合作用研究[D];西南交通大学;2008年
7 段晓荏;活性污泥热压过滤高干度脱水机理的研究[D];苏州大学;2010年
8 邢畅;埋地输油管道泄漏过程多相流传热分析[D];东北石油大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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4 张发旺,王贵玲,侯新伟,李建华,李玉静;地下水循环对围岩温度场的影响及地热资源形成分析——以平顶山矿区为例[J];地球学报;2000年02期
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6 黄润秋,王贤能,唐胜传,王士天;深埋长隧道工程开挖的主要地质灾害问题研究[J];地质灾害与环境保护;1997年01期
7 刘建军,刘先贵;有效压力对低渗透多孔介质孔隙度、渗透率的影响[J];地质力学学报;2001年01期
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【共引文献】
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3 郭艳华;郭志昆;;岩土工程反分析的初步探讨[J];四川建筑科学研究;2006年03期
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6 康家甦;;电站储煤场自燃现象分析与储煤系统优化[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2009年01期
7 彭玉怀,杨兆军,王少龙;用于规划目的的水资源评价方法讨论[J];安徽地质;2000年02期
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9 崔可锐;侯方;;安徽芦岭—朱仙庄煤矿的构造特征和构造演化[J];安徽地质;2004年03期
10 朱洪生;田东升;刘占时;王建华;;焦作-郑州天然气输气管道工程地质灾害防治措施及防治建议[J];安徽地质;2008年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 常宝华;熊伟;高树生;刘华勋;张静楠;;大尺度缝洞型油藏弹性开采特征实验研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
2 傅礼兵;姚约东;;基于指数式非达西渗流模型的解析解[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
3 唐明云;施安峰;贾江涛;吴斌;王晓宏;;考虑轻油组分的SAGD过程热采稠油数值研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
4 张保良;;稠油热采定量化研究之一:热-流耦合数学模型[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
5 罗建新;张烈辉;赵玉龙;刘启国;;线性复合油气藏试井解释模型及典型曲线分析[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
6 杨锋;王新海;刘洪;;井钻遇溶洞油藏试井解释方法[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
7 刘华林;熊伟;高树生;;矩形五点井网稳定注采压力系统的建立[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
8 李道伦;杨景海;查文舒;;数值试井若干关键技术研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
9 方俊伟;康毅力;游利军;李相臣;;致密砂岩气藏多尺度传质行为研究进展[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
10 苏卫卫;刘扬;许友生;;垃圾填埋场中热效应和渗流机理的数值模拟[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
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1 魏风清;煤与瓦斯突出的物理爆炸模型及预测指标研究[D];河南理工大学;2010年
2 陈绍杰;深部条带煤柱长期稳定性基础实验研究[D];山东科技大学;2009年
3 张琛;光纤陀螺光路偏振特性及温度性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 杨敬源;井壁稳定性若干力学问题的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 冯麟涵;舰船系统抗冲击性能全局优化方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 赵扬锋;煤岩变形破裂电荷感应规律的研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
7 何峰;岩石蠕变—渗流耦合作用规律研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
8 李刚;水岩耦合作用下软岩巷道变形机理及其控制研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
9 刘浜葭;冻融和渗流耦合作用下风积土路基结构性演变规律的研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
10 郭保华;循环加载下岩石裂隙变形与渗流的试验研究[D];河南理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈建伟;松软煤层回采工作面前方煤体应力分布及位移变化特征[D];河南理工大学;2010年
2 刘炎昊;高煤级煤储层条件下的气体运移机理[D];河南理工大学;2010年
3 桑培淼;注水强化松软煤壁稳定性的规律及工艺参数研究[D];河南理工大学;2010年
4 呼庆华;近井筒开采引起覆岩移动变形破坏规律及其治理技术研究[D];河南理工大学;2010年
5 唐杰兵;平煤十一矿软岩破坏巷道修复治理研究[D];河南理工大学;2010年
6 尚群;赵庄矿3#煤层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度研究[D];河南理工大学;2010年
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8 潘建武;含单一天然弱面岩石试样的力学特性研究[D];河南理工大学;2010年
9 于宝种;阳泉无烟煤对N_2-CH_4二元气体的吸附—解吸特性研究[D];河南理工大学;2010年
10 李波;义安矿水力冲孔卸压增透消突技术研究[D];河南理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王希尧;不同地下水埋深和不同土壤条件下的冻结和冻胀试验研究[J];冰川冻土;1980年03期
2 李恩英,何杰;椎体保温式出水口及其热力状态分析[J];冰川冻土;1982年02期
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5 陈肖柏;我国土冻胀研究进展[J];冰川冻土;1988年03期
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7 冯文杰,李东庆,马巍,张鲁新;不同边界条件对多年冻土上限影响的模型试验研究[J];冰川冻土;2001年04期
8 李述训,南卓铜,赵林;冻融作用对地气系统能量交换的影响分析[J];冰川冻土;2002年05期
9 何平,程国栋,杨成松,赵淑萍,朱元林;冻土融沉系数的评价方法[J];冰川冻土;2003年06期
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 林伯韬;张澄博;冯彦;;卫生填埋场防渗黏土衬垫层的温度效应研究进展[A];第二届全国岩土与工程学术大会论文集(下册)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王铁行;多年冻土地区路基计算原理及临界高度研究[D];长安大学;2001年
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5 董海洲;堤坝渗漏热源法及示踪理论研究[D];河海大学;2004年
6 刘泽佳;多孔介质中化学—热—水力—力学耦合分析与混合元方法[D];大连理工大学;2005年
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8 冯世进;城市固体废弃物静动力强度特性及填埋场的稳定性分析[D];浙江大学;2005年
9 李向群;吉林省公路冻害原因分析及处理方法研究[D];吉林大学;2006年
10 原国红;季节冻土水分迁移的机理及数值模拟[D];吉林大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 马静嵘;软岩体冻融损伤水热力耦合研究初探[D];西安科技大学;2004年
2 潘莉;数据挖掘技术在SCADA告警信息分析中的应用研究[D];华北电力大学(北京);2006年
3 王仲勋;热流固耦合在煤层气渗流过程中的应用[D];安徽理工大学;2006年
4 严树;垃圾土的工程性质研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2004年
5 陈晶;混凝土坝渗流场与温度场相关性研究[D];河海大学;2007年
6 张海玲;埋地管道泄漏的温度场数值模拟研究[D];大庆石油学院;2008年
7 任晔;单裂隙岩体渗流与传热耦合的解析解与参数敏感度分析[D];北京交通大学;2009年
8 王莉莉;管道泄漏检测技术的研究[D];大连理工大学;2010年
【二级引证文献】
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1 曾铃;蒋中明;付宏渊;;边坡潜在滑动面抗剪强度参数反演研究[J];中外公路;2011年02期
2 ;Effects of temperature and pressure differences on water seepage in breccia[J];Chinese Journal of Geochemistry;2012年03期
3 李建荣;李刚;王海东;;孔隙水压力对高应力软岩巷道稳定性影响的数值仿真[J];煤矿安全;2011年12期
4 陶云奇;;含瓦斯煤THM耦合模型建立[J];煤矿安全;2012年02期
5 张强林;王媛;;岩体THM耦合模型控制方程建立[J];西安石油大学学报(自然科学版);2007年02期
6 张立新;李刚;孙会文;;孔隙水压力对深部软岩巷道变形规律影响的数值仿真研究[J];水资源与水工程学报;2010年06期
7 贾善坡;冉小丰;王越之;肖桃李;谭贤君;;变形多孔介质温度-渗流-应力完全耦合模型及有限元分析[J];岩石力学与工程学报;2012年S2期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 苏卫卫;刘扬;许友生;;垃圾填埋场中热效应和渗流机理的数值模拟[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
2 张强林;王媛;;岩体THM耦合模型控制方程建立[A];第九届全国渗流力学学术讨论会论文集(一)[C];2007年
3 贺玉龙;陶玉敬;杨立中;;不同节理粗糙度系数单裂隙渗流特性试验研究[A];第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 黄小华;温度—水—应力下开挖扰动区裂隙花岗岩体流变过程研究及细胞自动机模拟[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2007年
2 李杨;季节冻土水分迁移模型研究[D];吉林大学;2008年
3 陶云奇;含瓦斯煤THM耦合模型及煤与瓦斯突出模拟研究[D];重庆大学;2009年
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5 徐德金;高承压含水层上煤层开采底板断裂活化致灾机制[D];中国矿业大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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4 姜涛;基于热流固耦合注水地层及套管损坏分析[D];东北石油大学;2011年
5 黎明镜;热力耦合作用下深井巷道围岩变形规律研究[D];安徽理工大学;2010年
6 钱礼国;高双折射光子晶体光纤应用于传感的研究[D];南京邮电大学;2012年
7 陈丽;温度、压力及地下岩溶水作用下软岩蠕变规律的影响研究[D];青岛科技大学;2011年
8 于子望;桩埋管技术试验及THM耦合理论研究[D];吉林大学;2009年
9 李颜;路基冻土病害地质雷达探测ARMA功率谱识别算法研究及应用[D];中南大学;2009年
10 李孝臣;季节冻土区高压输电杆塔斜面基础研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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6 沈珍瑶,李国鼎,李书绅;缓冲层热—湿—力耦合作用研究简介[J];地质科技情报;1997年02期
7 张广洋,谭学术,鲜学福,杜云贵;煤层瓦斯运移的数学模型[J];重庆大学学报(自然科学版);1994年04期
8 潘建强,虞振声;硬质高岭岩作为造纸涂料应用的研究[J];非金属矿;1990年03期
9 孙可明,梁冰,王锦山;煤层气开采中两相流阶段的流固耦合渗流[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2001年01期
10 陈剑平,王清,肖树芳;岩体裂隙网络分数维计算机模拟[J];工程地质学报;1995年03期
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2 王争;赵新杰;周铁戈;岳宏卫;樊彬;阎少林;方兰;;利用一种改进模型研究谐振器耦合时的约瑟夫森结的响应(英文)[J];低温与超导;2010年02期
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5 张鹏;丁朝华;;抛物量子点中极化子的声子平均数[J];内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版);2006年01期
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8 徐文;食品添加剂行业黑幕知多少[N];市场报;2005年
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4 任全胜;复杂网络的自适应相位耦合与同步研究[D];北京大学;2008年
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8 顾长贵;不同光照条件下的哺乳动物近日节律模型[D];华东师范大学;2011年
9 郑志刚;从少体系统到多体系统:动力学和统计力学[D];北京师范大学;1997年
10 唐锋;白光干涉法保偏光纤偏振耦合测试及其应用[D];天津大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 林秀;周期性耦合强度在神经元网络放电行为中作用的研究[D];鲁东大学;2012年
2 吴望生;耦合神经元系统的同步研究[D];广西师范大学;2012年
3 由明卓;冻土水、热、力三场耦合关系及数值模拟研究[D];北方工业大学;2010年
4 李志健;大强煤矿热害区巷道围岩温度场的多场耦合模拟分析[D];辽宁工程技术大学;2011年
5 孙健;裂隙岩体热—水—力三场耦合米级尺度模型试验及数值模拟研究[D];北京交通大学;2012年
6 曾春雷;高温、高压和渗流耦合作用下软岩力学行为的研究[D];青岛科技大学;2007年
7 马琳伟;动态复杂网络的同步控制[D];沈阳工业大学;2007年
8 刘善利;饱和岩体热流固耦合模型研究[D];河海大学;2007年
9 林晨;Hindmarsh-Rose神经网络的混沌同步[D];上海交通大学;2007年
10 刘孟;多层中心网络的混沌同步与有序涌现[D];浙江师范大学;2009年
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