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,岩体裂隙流固化耦合作用研究,汇 报 人:周 庆 指导教师:詹美礼 专 业:水力学及河流动力学,单裂隙流固化耦合作用模拟,汇报内容,研究背景,裂隙的生成,总结,1,2,3,4,,研究背景,在流固化耦合作用下,岩石内部矿物颗粒间联结被削弱,岩石溶蚀物质被水溶液带走或被吸附沉淀,裂隙结构面、岩石孔隙结构将发生显著的变异,从而导致裂隙岩石渗透特性发生重大改变,最终对岩石工程的安全产生重要影响。近年来,随着深部地下空间、地下资源的开发和利用,研究并掌握渗流-应力-化学耦合作用下裂隙岩石的渗透特性变化规律就显得尤为重要。,,裂隙的生成,由于岩体中裂隙的存在,使得岩体的渗流性质具有非均匀性、各向异性等特性。这些裂隙是渗流的主要通道,裂隙的几何形状、粗糙程度、空间相对位置的不同,将严重的影响裂隙中水流的形态及渗流特性。 天然裂隙面是凸凹不平的,采用分形理论,利用随机布朗运动函数法来模拟粗糙裂隙面,函数表达式如下:,,裂隙的生成,在模拟裂隙开度(隙宽)时可以仿照裂隙开度产生的方法来生成,即根据裂隙面错位的思想。 首先,根据分形理论生成一个裂隙面; 然后,让此裂隙面产生一个错位,则某固定点处的裂隙面位移值发生了变化,其位移变化值即为裂隙的开度大小。 注意:当计算过程中产生负值时,可以认为裂隙开度为零。,,裂隙的生成,运用MATLAB生成的裂隙开度分布图:,,单裂隙流固化耦合作用模拟,岩石裂隙的渗流-应力-化学耦合(简称流固化耦合)可用下图表示:,,单裂隙流固化耦合作用模拟,,单裂隙流固化耦合作用模拟,,单裂隙流固化耦合作用模拟,,单裂隙流固化耦合作用模拟,,单裂隙流固化耦合作用模拟,离子从CaCO3表面扩散出去造成了表面的后退,如图所示:,,单裂隙流固化耦合作用模拟,,单裂隙流固化耦合作用模拟,,单裂隙流固化耦合作用模拟,,单裂隙流固化耦合作用模拟,,单裂隙流固化耦合作用模拟,利用生成的裂隙开度,并设置边界条件和初始条件,可模拟出80时水流通过石灰岩裂隙的渗透过程。 模拟时间为500天,下图是初始时刻裂隙开度三维图(图中白色部分为裂隙面闭合处)。,,单裂隙流固化耦合作用模拟,模拟时间为50天时,裂隙开度三维图如下(图中白色部分为裂隙面闭合处):,,单裂隙流固化耦合作用模拟,模拟时间为500天时,裂隙开度三维图如下(图中白色部分为裂隙面闭合处):,,单裂隙流固化耦合作用模拟,将上述三张图对比可发现: 50天时裂隙闭合处有明显的增大,可知裂隙溶解的初始阶段以压力溶解作用为主,造成了裂隙面闭合处的增大。 500天时裂隙闭合处面积仍然在增大,但趋势已经减小,裂隙未闭合处的裂隙开度增大较为明显,可知在这一阶段裂隙溶解是以表面溶质溶解作用为主。 由此可得,裂隙的溶解过程可以分为压力溶解阶段和表面溶解阶段。,,总结,研究流固化耦合作用下裂隙岩石的渗透特性变化规律,有助于人们对复杂环境下裂隙岩体渗流变化模式、渗流基本规律及耦合作用机制的研究,具有十分重要的科学和工程意

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