裂隙岩体热—水—力三场耦合米级尺度模型试验及数值模拟研究

摘要

本文在总结国内外现有研究成果的基础上，依托国家国防科工局高放废物地质处置项目，针对高放废物地下处置库近场裂隙岩体中的热-水-力三场(THM)耦合问题，通过采用室内米级尺度模型试验和数值模拟方法进行研究，主要工作和取得的研究成果如下：
　　(1)以我国首个高放废物拟建地下处置库工程为背景，在理论分析和项目组已有研究成果的基础上，制定了室内米级尺度的裂隙岩体热-水-力三场耦合模型实验方案，并制作了一套能够模拟裂隙岩体三场耦合作用的实验装置，具体包括实验方案制定，测试元器件选择，试验模型设计、制作和调试等。该实验装置包含采集于甘肃北山的32块200×250×300mm的花岗岩试块构成的裂隙岩体模型。试验的边界条件为左侧边界加热、右侧边界受力、垂直向渗流以及四周隔热。
　　(2)利用实验装置进行室内米级尺度裂隙岩体热―水―力三场耦合的模型试验。第一步先进行渗流场的单场试验，第二步进行热―水两场耦合试验，最后第三步进行热―水―力三场耦合试验。试验分析了其中温度场、渗流场和应力场的变化规律以及他们之间的相互影响作用，重点研究裂隙岩体受力对渗流场和温度场的影响。
　　(3)根据室内试验的结果，采用与模型试验相应的初始边界条件，利用有限差分数值分析软件FLAC对模型试验进行数值模拟，研究在数值模拟中裂隙岩体三场耦合效应的体现，观察裂隙岩体受力对其他两场的影响在数值模拟中的表现。
　　(4)将结果与模型试验的结果进行对比。对比结果表明两者较为吻合，但也存在一定的差异性，具体表现在力对热―水耦合的影响上，模型试验表现不如数值模拟明显。在此基础上研究近场裂隙岩体特征对高放废物深地质处置的影响。