裂隙巖體凍結(jié)溫度場與滲流場耦合作用機(jī)理及應(yīng)用研究.pdf

1、人工凍結(jié)法是目前國內(nèi)外廣泛使用的地層止水方法之一。由于地層中水滲流作用以及裂隙巖體中節(jié)理面構(gòu)造的存在,關(guān)于滲流作用下裂隙巖體人工凍結(jié)溫度場及滲流場分布規(guī)律的研究成為人工凍結(jié)工程中亟待解決的重要課題之一。本文采用理論分析、數(shù)值模擬手段對裂隙巖體凍結(jié)溫度場及滲流場耦合作用機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)研究。著重分析了節(jié)理面水流速度、節(jié)理面開度、傾角以及粗糙性等因素對裂隙巖體凍結(jié)溫度場和滲流場的影響。主要取得了以下研究成果:
　　(1)針對人工凍結(jié)鑿井

2、的工程實(shí)際,建立了滲流作用下裂隙巖體人工凍結(jié)問題的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)不可逆過程熱力學(xué)和連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的相關(guān)理論,建立了考慮相變的巖體凍結(jié)溫度-滲流-應(yīng)力耦合控制方程,給出了體積熱容、導(dǎo)熱系數(shù)以及滲透系數(shù)等物性參數(shù)隨溫度的變化規(guī)律。
　　(2)采用數(shù)值生成法建立了裂隙率服從 Weibull分布的裂隙巖體凍結(jié)溫度場和滲流場的計(jì)算模型,分析了Weibull分布參數(shù)對裂隙巖體凍結(jié)溫度場及滲流場的影響。對豎井人工凍結(jié)工程進(jìn)行了仿真,結(jié)果表明:局部

3、構(gòu)造(節(jié)理面)特征對凍結(jié)工程的質(zhì)量起著關(guān)鍵性的作用。
　　(3)建立了含節(jié)理面裂隙巖體的雙孔人工凍結(jié)模型,研究了節(jié)理面水流速度和節(jié)理面的開度、傾角對滲流作用下人工凍結(jié)地層凍結(jié)壁交圈時(shí)間、凍結(jié)壁厚度、凍結(jié)壁發(fā)育速度以及滲流場分布規(guī)律的影響。結(jié)果表明:節(jié)理面水流速度對凍結(jié)溫度場和滲流場的影響最大,節(jié)理面開度的影響次之,節(jié)理面傾角的影響最小。
　　(4)給出描述裂隙巖體中節(jié)理面的流場控制方程,采用數(shù)值方法生成節(jié)理面上各點(diǎn)的開度值,