基于流-固耦合理论的水体下盾构隧道施工渗流规律

借助有限差分软件FLAC3D,依托太原地铁2号线双塔西街—大南门站下穿迎泽湖区段盾构隧道工程,基于流-固耦合理论分别建立5,10,20,30 m湖水深度下该区段隧道流-固耦合三维计算模型,对比分析4种湖水深度下盾构隧道开挖过程中地表的沉降量、围岩渗透性和管片内力分布。结果表明:盾构隧道地表沉降量及水平位移随湖水深度的增大而增大;各工况下隧道周围的孔隙水压力随着盾构隧道的开挖而显著减小,水力坡降在隧道拱顶、拱腰两侧明显增大,致使隧道拱顶、拱腰两侧极易发生涌水事故;流-固耦合作用下,盾构管片内力与水头压力呈正相关性,盾构隧道管片配筋设计中应考虑上覆水体水头压力对其产生的显著影响。

基于流固耦合作用的迎泽湖下盾构隧道稳定性分析

为探索太原地铁2号线盾构隧道下穿迎泽湖段施工过程中存在的安全隐患,基于流固耦合理论,运用FLAC3D建立三维数值模型,研究了盾构掘进过程中隧道拱顶沉降、围岩孔隙水压力、围岩竖向应力及管片应力的分布规律。结果表明,施工过程中,隧道拱顶沉降值逐渐增大,且土体后期固结沉降量所占比重较大;盾构掘进开挖极可能造成隧道拱腰两侧发生涌水事故;随着盾构隧道的推进,围岩竖向应力值逐步变大,且在隧道周边产生应力集中现象;盾构掘进过程中管片衬砌环上无拉应力产生,不会出现开裂现象。

热冲击作用下花岗岩温度场分布规律数值模拟研究

基于传热学原理,以常温水、液态二氧化碳和液氮为工质,应用先进的多物理场仿真软件Comsol Multiphysics 5.3a对不同温度下的花岗岩进行了热冲击模拟实验,且在相同条件下进行了花岗岩热冲击实验。模拟结果表明:热冲击作用下花岗岩温度场以波的形式传播,工质接触的面积越大,温度场传播速度越快;热平衡时间随着工质温度的降低而延长,且在花岗岩初始温度400～500℃之间存在一个可能使岩石发生相态转变的温度阈值;热冲击速度随着初始温度的升高而增大,温度梯度随时间增加而先增大后减小,温度梯度越大,热冲击作用越强烈,岩石中热量损失越大;热冲击温度变化曲线可分为温度加速变化、温度减速变化和温度稳定三个阶段。实验结果表明,数值模拟对物理试验起到了补充作用。

有机土酸对花岗岩力学性能影响试验研究

以采自青海共和盆地的花岗岩样品为研究对象,利用电液伺服万能试验机对3种不同乙酸浓度的土酸溶液浸泡后的花岗岩试件进行岩石力学试验。通过测量3种溶液浸泡过程中各溶液的pH变化、浸泡岩样的质量变化,分析化学溶液对岩石的腐蚀程度,进而探讨乙酸在化学刺激剂中的作用以及有机土酸与储层反应机理。研究了有机土酸对储层的化学刺激效果以及溶蚀特征,获得不同浓度乙酸溶液对花岗岩强度的影响规律。结果表明,在增强型地热系统(EGS)中,乙酸不仅仅作为有机弱酸参与储层激发,同时还作为缓冲液维持酸岩反应体系的低pH值,强化腐蚀反应。对花岗岩力学性质的影响不同,花岗岩单轴抗压强度、抗拉强度随乙酸浓度增加而降低,且花岗岩的内聚力随浸泡溶液的乙酸浓度增加而减小,而内摩擦角随着乙酸浓度增加微增。室内试验结果可为构建花岗岩化学腐蚀条件下本构模型提供重要的试验资料。