飽和巖體熱流固耦合模型研究.pdf

1、滲流場、溫度場和變形場是巖體物理地質力學環境的重要組成部分，這三個場之間存在高度非線性的復雜耦合作用，即熱流固 Thermo-Hydro-Mechanical(THM)耦合作用。有關這三場的耦合作用研究在地熱資源開發、石油工程、采礦工程、地下核廢料存儲安全、凍土等很多領域有著非常重要的應用價值。由于研究對象的不同，熱流固耦合模型的形式存在差異，建立符合實際問題的三場耦合模型十分困難，而且全耦合模型解耦方法目前正在探索之中。因此，本文以飽

2、和巖體為研究對象，運用混合分析法，建立了基于飽和小變形情形下的熱流固三場耦合模型，并通過數學方法和耦合軟件計算對模型進行驗證。 本文在回顧國內外學者對多場耦合模型理論研究的進展狀況的基礎上，從基本理論、作用模式、研究進展三方面比較全面地闡述了三場耦合理論的研究成果。指出了熱流固三場耦合研究中的不足之處，在此基礎上提出了本文的研究重點及主要研究內容；其次，本文基于線性熱彈性理論，建立了飽和多孔介質熱流固三場耦合數學模型，包括地下水

3、滲流場控制方程、巖體變形場控制方程和溫度場控制方程，模型中重點考慮了介質密度隨溫度和壓力變化、源項(包括溫度梯度和粘性耗散對多場中水力．力學的影響)等因素；第三，本文通過一維有限 Fourier求解、取耦合場中的兩場進行算例驗證和全耦合場算例驗證等三種方式對提出的數學模型進行數值模擬分析及驗證，結果證明了模型的合理可行性；然后通過變化參考項對模型進行敏感性分析，說明了模型的適用性。最后，本文運用多物理場耦合軟件 Comsol Multi