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《裂隙煤巖氣水兩相滲流和固體變形耦合作用的研究論文》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、ADissertationinEngineeringMechanics舢刪Ⅷ㈣舢㈣Ⅲ㈣Ⅷ刪Y2841919StudyonCoupledDeformationandGas．、耽IterTwoPhaseFlowModelforFracturedCoalandRockbyChenShikuoSupervisor：ProfessorY撕gTianhongNortheasternUniVersi哆M(jìn)ay2012獨創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。論文中取得的研究成果除加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包括本人為獲得其他學(xué)位而使用
2、過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說明并表示謝=￡E思。學(xué)位論文作者簽名：脅矗，習(xí)于’阻p匕人，『F侶笠自：I一夕一I’。／j日期：M2．7’7學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者和指導(dǎo)教師完全了解東北大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定：即學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人同意東北大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索、交流。作者和導(dǎo)師同意網(wǎng)上交流的時間為作者獲得學(xué)位后：半年口一年口一年半口兩年影學(xué)位論文作者虢伽問新虢依哆簽字日期：M乙．17．(}簽字日期：“12．7、c7
3、東北大學(xué)博士學(xué)位論文摘要裂隙煤巖氣水兩相滲流與固體變形耦合作用研究摘要巖體是一種非均勻各向異性的裂隙型介質(zhì)，包含了大小不同的各種孔隙、裂隙，這些缺陷不但大大地改變了巖體的力學(xué)性質(zhì)，也嚴(yán)重影響著巖體的滲透特性。同時巖體滲流主要受控于巖體中廣泛發(fā)育的節(jié)理裂隙及其連通網(wǎng)絡(luò)。在原始地應(yīng)力條件下，其地質(zhì)屬性及巖體水力學(xué)特性相對穩(wěn)定，在采動條件等工程外部荷載作用下，巖體及節(jié)理裂隙都受到擾動，巖體結(jié)構(gòu)及裂隙張開度發(fā)生變化從而使巖體的物理力學(xué)屬性和節(jié)理裂隙的滲透特性發(fā)生變化，這也是產(chǎn)生工程地質(zhì)災(zāi)害的主要誘因之一。建立準(zhǔn)確描述裂隙巖體中應(yīng)力一滲流問題的耦合模型，是解決工程地質(zhì)災(zāi)害問題的一種有效
4、手段?？紤]到天然節(jié)理裂隙的地質(zhì)屬性及應(yīng)力一滲流的耦合效應(yīng)，在滲流分析過程中視孔隙和微裂隙為孔隙結(jié)構(gòu)，而將較小尺度(岬級及以下)的節(jié)理裂隙統(tǒng)一視為裂隙結(jié)構(gòu)，同時研究較大尺度(岬級以上)的節(jié)理裂隙其開度變化對滲透性的影響，從裂隙巖體表征方法入手，基于滲流廣義立方定律，考慮巖石節(jié)理變形對裂隙開度變化的影響，研究多重介質(zhì)裂隙煤巖體的氣水兩相滲流與固體變形耦合特性，本文的主要工作如下：1．研究了煤巖介質(zhì)的孔隙結(jié)構(gòu)特征及其滲流力學(xué)行為。通過掃描電鏡觀察巖石的孔隙特征及其連通性，用壓汞試驗測定其孔隙率的大小，為后續(xù)描述煤巖介質(zhì)滲透性演化模型提供參考。巖石或巖體是一種多孔隙／裂隙的高度非均勻
5、材料，巖石或巖體的孔隙和裂隙對其滲透性具有直接的作用，孔隙和裂隙的貫通、分布情況等因素對巖石的滲透性都有很大的影響。2．煤層是典型的雙重介質(zhì)，孔隙作為流體的存儲空間，而裂隙則是流體的主要滲流通道。瓦斯在煤層中的運(yùn)移包含吸附解吸、擴(kuò)散、滲流過程，又存在滲流場、應(yīng)力場的動態(tài)耦合作用，為了研究其復(fù)雜的物理過程，需要建立考慮吸附解吸過程的裂隙巖體滲流氣固耦合模型。本文推導(dǎo)了孔隙／裂隙不同有效應(yīng)力系數(shù)口。和口，情況下的孔隙率一滲透率和裂隙率一滲透率模型，并綜合吸附變形的影響，分別采用連續(xù)介質(zhì)和雙重介質(zhì)模型的方法研究了煤層瓦斯抽采過程。研究發(fā)現(xiàn)吸附變形常數(shù)，瓦斯壓力及應(yīng)力大小對孔隙／裂隙
6、體積的改變作用明顯。同時研究了煤層注水過程中的氣水兩相滲流階段，建立了描述煤層氣水兩相滲流的雙重介質(zhì)流固耦合模型。3．針對天然地質(zhì)巖體，忽略對其裂隙結(jié)構(gòu)特征的表達(dá)來研究其滲流力學(xué)行為是欠妥東北大學(xué)博士學(xué)位論文摘要的。對一般工程問題而言，建立真實三維裂隙巖體系統(tǒng)，往往很難實現(xiàn)對裂隙結(jié)構(gòu)特征的精細(xì)描述，建立的數(shù)值模型較大，會造成前處理費(fèi)時費(fèi)力，并給數(shù)值求解帶來相當(dāng)大的難度。通過引入ECV耦合變量(Ex仃usionCouplingVadables)來實現(xiàn)二維平面和三維空間之間的數(shù)據(jù)傳遞，這樣在很大程度上就克服了這一難題，并可以對裂隙面實現(xiàn)較高精度的表征，獲取真實裂隙的開度和裂隙滲透
7、性的演化，同時利用自適應(yīng)網(wǎng)格方法來得到與開度變化較匹配的高精度解，獲得了一種較好地描述真實巖體的數(shù)值表征方法。4．注意到裂隙結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)的影響，那么其應(yīng)力滲流耦合特性當(dāng)然就不容忽視。借助ComsolMutiphysics的彈性層概念來對裂隙面的力學(xué)特性進(jìn)行描述，并結(jié)合裂隙滲流廣義立方定律，通過弱項PDE方程和ECV耦合變量來描述裂隙滲流的耦合特性，將煤層氣水兩相滲流的雙重介質(zhì)流固耦合模型與之結(jié)合起來構(gòu)建了多重介質(zhì)裂隙巖體滲透性演化模型，建立了有效的裂隙巖體表征方法和數(shù)值模型，并基于前人單裂隙滲流試驗的研究
