非均匀煤岩渗流-应力弹塑性耦合数学模型及数值模拟

›› 2009, Vol. 30 ›› Issue (9): 2837-2842.

非均匀煤岩渗流-应力弹塑性耦合数学模型及数值模拟

张春会¹，于永江²，赵全胜¹

1. 河北科技大学建筑工程学院，石家庄 050018；2. 辽宁工程技术大学力学与工程学院，阜新 123000

收稿日期:2008-11-25 出版日期:2009-09-10 发布日期:2010-03-24
作者简介:张春会，男，1976年生，副教授，博士，主要从事采矿工程和环境岩土工程方面的研究。
基金资助:
河北省科技支撑项目（No.07276947）；河北省教育厅项目（No.Z2009315）；河北科技大学杰出引进人才和校基金项目（No.XL200835）。

Seepage-stress elastoplastic coupling model of heterogeneous coal and numerical simulation

ZHANG Chun-hui¹, YU Yong-jiang², ZHAO Quan-sheng¹

1. School of Civil Engineering, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang 050018, China; 2. Department of Mechanics and Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China

Received:2008-11-25 Online:2009-09-10 Published:2010-03-24

摘要/Abstract

摘要：

利用Weibull分布模拟煤岩弹性模量和强度的非均匀性，结合煤岩弹塑性变形理论和瓦斯渗流理论，建立了非均匀煤岩渗流-应力弹塑性耦合数学模型，给出了该数学模型的有限元离散方程，开发了相应的数值计算程序Coupling Analysis。利用建立的模型模拟了辽宁某瓦斯抽放试井瓦斯抽放过程，结果表明，在瓦斯抽放过程中，有效应力变化诱发煤岩局部进入塑性状态，塑性区透气系数增加了约4.9倍，而弹性受压区的透气系数最大减小至22 %，计算实例的瓦斯压、煤岩有效应力和煤岩变形都呈现非对称性，但服从理论规律，表明采用Weibull分布能很好地模拟煤岩力学参数的非均匀性。

关键词: Weibull分布, 非均质煤岩, 渗流-应力弹塑性耦合数学模型, 有限元方法

Abstract:

Weibull distribution is adopted to simulate the heterogeneity of Young’s modulus and strength of coal; and the seepage-stress elastoplastic coupling mathematical model of heterogeneous coal is presented based on elastoplastic theory of coal rock and the gas flow theory. Then the finite element discretized equation of the model is obtained; and the code (coupling analysis) is developed. In a case study, the gas flow process for a gas production well in Liaoning is analyzed with the model; and some conclusions are obtained. During the gas production well works, the change of the effective stress of coal causes coal plastic failure. In plastic failure region the permeability increases by 4.9 times than initial one; while the permeability in elastic region reduces to 22% because of effective stress increasing. The gas pressure, effective stress and deformation of coal in the case study all are asymmetrical, yet obey theoretical laws. It is proved that the Weibull distribution can simulate the heterogeneity of coal.

Key words: Weibull distribution, heterogeneous coal, seepage-stress elastoplastic coupling model, FEM

中图分类号:

TU 443

张春会，于永江，赵全胜. 非均匀煤岩渗流-应力弹塑性耦合数学模型及数值模拟[J]. , 2009, 30(9): 2837-2842.

ZHANG Chun-hui, YU Yong-jiang, ZHAO Quan-sheng. Seepage-stress elastoplastic coupling model of heterogeneous coal and numerical simulation[J]. , 2009, 30(9): 2837-2842.

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[1]	王峰, 张建清, . 考虑颗粒强度尺寸效应的原型堆石料破碎特性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 87-94.
[2]	邱敏, 袁青, 李长俊, 肖超超, . 基于孔穴扩张理论的黏土不排水抗剪强度计算方法对比研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1059-1066.
[3]	刘建，赵国彦，梁伟章，吴浩，彭府华,. 非均匀岩石介质单轴压缩强度及变形破裂规律的数值模拟[J]. , 2018, 39(S1): 505-512.
[4]	方祥位，李晶鑫，李捷，申春妮,. 珊瑚砂微生物固化体三轴压缩试验及损伤本构模型研究[J]. , 2018, 39(S1): 1-8.
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[6]	符贵军，张思渊，张玉军. 一种双重孔隙-裂隙岩体流变模型及其在地下洞室有限元分析中的应用[J]. , 2017, 38(2): 601-609.
[7]	焉振，王元战，肖忠，孙熙平,. 循环荷载下软黏土不排水强度弱化分析的动力有限元ABAQUS实现[J]. , 2016, 37(S2): 735-744.
[8]	岳树桥，左人宇，陆钊，. 相邻基坑有限宽度土条主动土压力的计算[J]. , 2016, 37(7): 2063-2069.
[9]	姚仰平，夏飞. 油罐基础不均匀沉降主要影响因素的敏感性分析[J]. , 2015, 36(S2): 673-678.
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[12]	李亮，杜修力. 基于传递矩阵的两相介质波动问题时域显式有限元方法稳定性研究[J]. , 2014, 35(6): 1768-1774.
[13]	陶海冰，谢康和，刘干斌，黄大中，邓岳保 . 考虑温度耦合效应的竖井地基固结有限元分析[J]. , 2013, 34(S1): 494-500.
[14]	曹瑞琅，贺少辉，韦京，王芳. 基于残余强度修正的岩石损伤软化统计本构模型研究[J]. , 2013, 34(6): 1652-1660.
[15]	唐欣薇，周元德，张楚汉 . 考虑空间相关尺度特征的细观力学模型及其应用[J]. , 2012, 33(7): 2021-2026.

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