›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (5): 1461-1469.

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压力溶解对颗粒聚集岩体中热-水-应力耦合影响的数值模拟

张玉军,杨朝帅,徐 刚   

  1. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室,武汉 430071
  • 收稿日期:2013-01-21 出版日期:2014-05-10 发布日期:2014-06-09
  • 作者简介:张玉军,男,1956年生,博士,研究员,主要从事岩石力学与工程方面的研究工作
  • 基金资助:

    国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(No. 2010CB732101);国家自然科学基金项目(No. 51379201)。

Numerical simulation for influences of pressure solution on thermo-hydro- mechanical coupling in granule aggregate rock

ZHANG Yu-jun, YANG Chao-shuai, XU Gang   

  1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China
  • Received:2013-01-21 Online:2014-05-10 Published:2014-06-09

摘要: 在自主研制的孔隙介质热-水-应力耦合有限元程序中引入Taron等提出的颗粒聚集体的压力溶解模型,针对一个假设的实验室尺度且位于非饱和石英颗粒聚集岩体中的高放废物地质处置模型,拟定两种计算工况:(1)孔隙率和渗透系数是压力溶解的函数;(2)孔隙率和渗透系数均为常数,进行4 a处置时段的数值模拟,考察了岩体中的温度、颗粒界面水膜及孔隙中的溶质浓度、迁移和沉淀质量、孔隙率及渗透系数、孔隙水压力、地下水流速和应力的变化、分布情况。研究结果表明:工况1计算终了时,压力溶解使得孔隙率和渗透系数分别下降到初始值的43%~54%、4.4%~9.1%。在核废料释热温度场的作用下,工况1、2中的负孔隙水压力分别为初始值的1.00~1.25倍、1.00~1.10倍,前者表现了压力溶解的明显影响;两种工况的岩体中的应力量值及分布基本相同。

关键词: 压力溶解, 颗粒聚集岩体, 热-水-应力耦合, 数值模拟

Abstract: The model of pressure solution for granular aggregates established by Taron et al is introduced into the FEM code for analysis of thermo-hydro-mechanical coupling in porous media developed by the first author. Aiming at a hypothetical model for nuclear waste disposal in an unsaturated quartz aggregate rock mass with a laboratory scale, two computational conditions are designed: (1) the porosity and the permeability of rock mass are functions of the pressure solution; (2) the porosity and the permeability are constants, then the corresponding numerical simulations for a disposal period of 4 years are carried out; and the states of temperatures, solute concentrations in the intergranular fluid film and at the pore space, removal and precipitation masses, porosities and permeabilities, pore pressures, flow velocities and stresses in the rock mass are investigated. The results show: at the end of the calculation in case 1, pressure solution makes the porosities and the permeabilities decrease to about 43%-54% and 4.4%-9.1% of their initial values; under the action of the release heat of nuclear waste, the negative pore pressures in case 1 and case 2 are about 1.0-1.25 and 1.0-1.1 times of the initial values respectively; so the former represents an obvious effect of pressure solution; the magnitudes and distributions of stresses within the rock mass in the two calculation cases are much the same.

Key words: pressure solution, granule aggregate rock, thermo-hydro-mechanical coupling, numerical simulation

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[1] 李翻翻, 陈卫忠, 雷江, 于洪丹, 马永尚, . 基于塑性损伤的黏土岩力学特性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 132-140.
[2] 夏 坤, 董林, 蒲小武, 李璐, . 黄土塬地震动响应特征分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 295-304.
[3] 郭院成, 李明宇, 张艳伟, . 预应力锚杆复合土钉墙支护体系增量解析方法[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 253-258.
[4] 闫国强, 殷跃平, 黄波林, 张枝华, 代贞伟, . 三峡库区巫山金鸡岭滑坡成因机制与变形特征[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 329-340.
[5] 刘红岩. 宏细观缺陷对岩体力学特性及边坡稳定影响研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 431-439.
[6] 金爱兵, 刘佳伟, 赵怡晴, 王本鑫, 孙浩, 魏余栋, . 卸荷条件下花岗岩力学特性分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 459-467.
[7] 韩征, 粟滨, 李艳鸽, 王伟, 王卫东, 黄健陵, 陈光齐, . 基于HBP本构模型的泥石流动力过程SPH数值模拟[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 477-485.
[8] 吴锦亮, 何吉, . 岩质边坡动态开挖模拟的复合单元模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 535-540.
[9] 吴凤元, 樊赟赟, 陈剑平, 李军, . 基于不同侵蚀模型的高速崩滑碎屑 流动力过程模拟分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3236-3246.
[10] 孙峰, 薛世峰, 逄铭玉, 唐梅荣, 张翔, 李川, . 基于连续损伤的水平井射孔-近井筒三维破裂模拟[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3255-3261.
[11] 穆锐, 浦少云, 黄质宏, 李永辉, 郑培鑫, 刘 旸, 刘 泽, 郑红超, . 土岩组合岩体中抗拔桩极限承载力的确定[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2825-2837.
[12] 金俊超, 佘成学, 尚朋阳. 基于应变软化指标的岩石非线性蠕变模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2239-2246.
[13] 张 聪, 梁经纬, 阳军生, 曹 磊, 谢亦朋, 张贵金, . 堤坝脉动注浆浆液扩散机制及应用研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1507-1514.
[14] 严 健, 何 川, 汪 波, 蒙 伟, . 高地温对隧道岩爆发生的影响性研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1543-1550.
[15] 李世俊, 马昌慧, 刘应明, 韩玉珍, 张 彬, 张 嘎, . 离心模型试验与数值模拟相结合研究 采空边坡渐进破坏特性[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1577-1583.
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[1] 刘 晓,唐辉明,刘 瑜. 基于集对分析和模糊马尔可夫链的滑坡变形预测新方法研究[J]. , 2009, 30(11): 3399 -3405 .
[2] 胡大伟,周 辉,谢守益,张 凯,邵建富,冯夏庭. 大理岩破坏阶段Biot系数研究[J]. , 2009, 30(12): 3727 -3732 .
[3] 师旭超,韩 阳. 卸荷作用下软黏土回弹吸水试验研究[J]. , 2010, 31(3): 732 -736 .
[4] 魏 纲,郭志威,魏新江,陈伟军. 软土隧道盾构出洞灾害的渗流应力耦合分析[J]. , 2010, 31(S1): 383 -387 .
[5] 原喜忠,李 宁,赵秀云,杨银涛. 东北多年冻土地区地基承载力对气候变化敏感性分析[J]. , 2010, 31(10): 3265 -3272 .
[6] 白 冰,李小春,石 露,唐礼忠. 弹塑性应力-应变曲线的斜率恒等式及其验证和应用[J]. , 2010, 31(12): 3789 -3792 .
[7] 唐利民. 地基沉降预测模型的正则化算法[J]. , 2010, 31(12): 3945 -3948 .
[8] 李占海,朱万成,冯夏庭,李绍军,周 辉,陈炳瑞. 侧压力系数对马蹄形隧道损伤破坏的影响研究[J]. , 2010, 31(S2): 434 -441 .
[9] 蔡辉腾,危福泉,蔡宗文. 重庆主城区粉质黏土动力特性研究[J]. , 2009, 30(S2): 224 -228 .
[10] 宋 玲 ,刘奉银 ,李 宁 . 旋压入土式静力触探机制研究[J]. , 2011, 32(S1): 787 -0792 .