熱固耦合條件下巖石開挖損傷區的演化過程數值模擬.pdf

1、在地熱開發、石油的三次開采等工程中，必然會涉及到熱固耦合條件下巖體開挖損傷區的演化問題。開挖損傷區的形成及后續的時空演化過程是一個溫度場、應力場和損傷場相互耦合作用的過程。認清開挖損傷區的物理力學性質及其時空演化規律，對于工程穩定性和安全性評價及支護參數優化是至關重要的。針對能源深部戰略儲備和核廢料深部地下處置等工程問題，近年來巖體開挖損傷區表征及其熱(Thermal)—力(Mechanical)(簡稱為TM)耦合模型方面取得了較大的進

2、展。
　　本文考慮巖體的損傷，在TM耦合模型中引入損傷變量，提出巖體損傷過程中的TM耦合數值模型。借助有限元軟件COMSOL Multiphysics(CM)，通過有限元編程實現該模型的數值求解。通過將均勻彈性介質TM耦合響應的數值模擬結果與理論分析結果進行對比，證實了CM求解TM耦合方程的有效性;通過含圓形孔洞的方形巖石試樣在單軸壓縮條件下損傷過程的數值模擬，驗證了本文中提出的考慮損傷過程的TM耦合模型的正確性。
　　開展

3、了熱固耦合環境下巖體開挖損傷區的預測，數值模擬表明，圓形巷道在TM耦合條件下的損傷區一方面受控于地應力條件（側壓力系數），溫度場的作用亦會對損傷區的萌生和發展產生重要的影響。最后針對某巖石熱固耦合過程物理實驗，進行考慮溫度對參數影響條件下開挖損傷區的演化規律研究，并分五種不同的工況進行數值模擬，模擬結果表明，溫度場對損傷區的產生和發展的影響比邊界荷載產生的影響更大，在數值模擬中，針對圍巖所處于的地應力和溫度邊界條件，采用熱固耦合模型進行