裂隙岩体渗流--传热耦合模型试验及数值模拟研究

摘要

本文以高放废物深地质处置为研究背景，通过室内试验和数值模拟手段研究了裂隙岩体在热-水耦合作用下的特征。主要工作包括：⑴大尺度裂隙岩体模型。利用采自甘肃北山的18块花岗岩构成裂隙岩体模型，其内包含两组在水平和垂直方向上均匀分布的无填充物裂隙。试验条件为垂向流和右侧边界加热。进行了一组热-水耦合试验，获得的成果包括岩体裂隙特征及其水力参数，以及不同时间和不同热源温度下岩体内部的温度场分布。⑵针对室内模型试验，采用FLAC软件模拟了裂隙岩体热-水耦合过程中的热传导、热对流、热扩散和非等温水流现象。室内模型试验和数值模拟结果的对比和分析表明，两者的结果较为吻合。本文研究得到的主要结论：①在试验模型中，热量主要通过竖向裂隙中的水流以对流方式传递；②热对流显著影响岩体的温度场分布；③对岩体温度场分布起主导影响的是裂隙中的非等温水流；④渗流场限制了热源边界变化对裂隙岩体温度场的影响范围。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

1.2.2 国外研究现状

1.3 本文的研究内容和研究方法

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究方法

第二章 裂隙岩体渗流-传热的基本理论

2.1 裂隙岩体内水流运动规律

2.1.1 概述

2.1.2 单个裂隙内的水流运动规律

2.2 裂隙岩体传热理论

2.2.1 热传导定律

2.2.2 热对流

第三章 试验装置及方法

3.1 裂隙岩体试样制备

3.2 试验设备

3.2.1 试验系统简介

3.2.2 主要仪器及型号

3.3 试验方法

3.4 测点的布设

第四章 含简单规则裂隙的岩体渗流-传热耦合试验研究

4.1 裂隙开度

4.2 渗流场分析

4.3 温度场分析

4.3.1 岩体温度变化规律与热能运移规律研究

4.3.2 稳态裂隙中流体温度分布

4.3.3 稳态岩石温度分布

4.4 初步结论

第五章 裂隙岩体中渗流-传热耦合作用数值模拟

5.1 FLAC软件概述

5.1.1 FLAC简介

5.1.2 基本原理

5.1.3 FLAC可实现的热力学分析

5.2 数值模拟

5.2.1 模型假定

5.2.2 计算模型及参数设定

5.2.3 模型的尺寸与边界条件

5.2.4 模拟方法

5.3 数值模拟结果及分析

5.2.1 岩体温度变化规律与热能运移规律研究

5.2.2 稳态裂隙中流体温度分布

4.2.3 稳态岩石中温度分布

5.4 模型试验与数值模拟结果对比

第六章 结论和展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

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