岩体裂隙流固化耦合作用研究.ppt

岩体裂隙流固化耦合作用研究,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义。上述所建立的数学模型只是一个初步的理论模型，还需要大量试验资料的验证或校正，其中许多参数的取值也需要进行深入的研究。,谢谢！,