高温后岩石孔隙—裂隙组合非线性渗流特性研究

论文摘要

天然岩体由于地壳运动以及地应力的影响通常会有裂隙发育,高温后岩石内部会含有大量的孔隙,高温后含孔隙岩石以及高温后岩石孔隙-裂隙组合渗流特征对于研究核废料处置、国防防护工程以及地下能源开发等方面具有重要的理论意义和实用价值。本文结合国家自然科学基金重点项目“深部开采与巷道围岩稳定控制信息化基础理论研究（51734009）”以高温后岩石孔隙-裂隙组合为研究对象,综合运用室内试验、理论分析与数值模拟相结合的方法,对岩石劈裂裂隙、高温后含孔隙岩石以及高温后岩石孔隙-裂隙组合非线性渗流特征进行了研究,主要研究内容及结论如下:（1）试验获得了不同岩性在饱和状态下的基本物理力学性质参数。通过采用MTS815.02试验系统对饱和粗粒花岗岩、细粒花岗岩、大理岩、红砂岩、灰岩标准试样进行力学试验研究,分析了不同岩性单轴抗压强度、抗拉强度、声发射参数、泊松比,弹性模量等力学参数在饱和情况下的差异。以此为依据可进一步探讨不同岩性对渗透特性的影响。（2）研究了不同岩性三维粗糙裂隙面试样渗流机制。采用粗粒花岗岩、细粒花岗岩、大理岩、灰岩和红砂岩加工成标准岩样后,进行中心劈裂为含单一三维粗糙裂隙面的岩石试样,然后采用非接触式JR三维扫描系统对劈裂岩样表面三维特征进行扫描,获得了不同岩性JRC曲线,以此为基础来研究不同岩性劈裂后粗糙裂隙面渗透特性。（3）探讨了不同高温后损伤花岗岩内部产生的不规则孔隙、裂隙特征及其渗透特性。通过压汞试验对高温后岩石内部孔隙特征进行了系统的研究,采用中国矿业大学岩石全自动渗透率测试系统对不同高温后的花岗岩岩样进行不同围压下的渗透率测试研究,结合SEM等微观结构分析,得到高温损伤花岗岩水力梯度与体积流速的关系,进一步计算得到岩石等效渗透系数以及临界水力梯度等参数,对高温损伤后的花岗岩试样渗流特征进行了讨论。（4）基于上述研究结论,开展了孔隙-裂隙组合非线性渗流特性的研究,获得了岩石在不同高温后孔隙情况下的渗流特征与含单一裂隙渗流特征分别为线性和非线性特征的变化规律,揭示了孔隙和裂隙对整个渗流过程的贡献特征,验证了Forchheimer公式等相关理论的正确性与合理性。（5）首次采用孔隙-裂隙组合下的数值模型,研究了孔隙-裂隙不同组合渗流特征的变化规律。采用非接触式JR三维扫描系统对劈裂的岩石粗糙裂隙面发育特征进行扫描后三维重构,将其特征点坐标参数嵌入COMSOL Multiphysics有限元仿真软件进行二次开发,再现了孔隙-裂隙组合渗流全过程的变化规律,揭示了流体在孔隙和裂隙当中的渗流特性和流态特征,获得了孔隙水压力在流动中的时空演化规律以及不同渗透系数中流体的流动行为及其规律,揭示了富水隧道等地下工程中地下水的运移规律。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 贺立新

导师: 靖洪文,尹乾

关键词: 渗流,水力梯度,高温,定律,孔隙裂隙

来源: 中国矿业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 中国矿业大学

基金: 国家自然科学基金重点项目“深部开采与巷道围岩稳定控制信息化基础理论研究(51734009)”,国家重点研发计划项目(2017YFC0603001)

分类号: TU45

总页数: 107

文件大小: 23186K

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