熱流固耦合條件下煤巖體損傷模型及其應用.pdf

1、地下巖體工程的開挖必然在開挖區周邊形成開挖損傷區。在深部采礦、核廢料處置、地熱開發等地下工程中，深部巖體處于高地應力、高水壓力和高地溫環境的不利條件，其中開挖損傷區的形成及后續的時空演化過程必然是一個溫度場、滲流場和應力場（簡稱為熱流固）交叉耦合作用的過程。認清圍巖損傷區的物理力學參數及其時空演化規律，是工程穩定性和安全性評價及支護參數優化的關鍵問題。此外，在深部采煤、煤層氣開采及煤層CO2地質儲存等工程中，也都涉及到損傷煤層中瓦斯運移

2、的熱流固耦合效應問題，認清熱流固耦合條件下瓦斯運移規律及煤層損傷演化過程是非常重要的。
　　首先，本文在考慮巖石材料力學參數非均勻分布的基礎上，提出一個考慮巖石損傷過程的熱流固耦合模型，并基于有限元軟件結合編程，實現了所建模型的數值求解?；跓崞屏褜嶒灥臄抵的M結果再現了主裂紋的萌生、擴展直至貫通的全過程，驗證了損傷過程熱流固耦合模型的正確性，為進一步研究熱流固耦合條件下損傷區的演化規律提供一數值工具。
　　其次，基于該熱流

3、固損傷耦合模型，通過數值模擬研究不同地應力條件（側壓力系數）、不同孔壁增溫條件（增溫不超過100K）以及地應力和孔壁增溫共同作用下開挖圍巖損傷區的演化過程。
　　第三，針對核廢料處置庫圍巖穩定性這一熱點問題，基于(A)sp(o)地下硬巖實驗室關于間柱穩定性的現場試驗(APSE)，開展相關的數值模擬，研究間柱損傷演化機理。然后針對KBS-3的處置庫概念模型進一步開展相關數值模擬，預測了處置庫圍巖（間柱）在開挖擾動、地下水滲流、溫度變

4、化及膨潤土遇水膨脹等因素作用下的穩定性。
　　第四，針對深部煤層瓦斯運移問題，綜合考慮煤體的吸附解吸變形以及溫度變化對瓦斯含量的影響，推導瓦斯運移過程中煤體滲透率的統一表達式，建立瓦斯運移的熱流固耦合模型。針對深部水平煤層中的煤層氣抽采問題開展數值模擬，分析瓦斯運移的影響因素，特別是溫度場對瓦斯運移的影響。
　　最后，基于瓦斯運移熱流固耦合模型，根據實際的煤層地質條件和實測數據進行數值求解及對比驗證，并對深部瓦斯壓力和瓦斯含