低温环境下含表面裂隙硬岩温度场及冻胀演化过程分析

寒区含表面裂隙硬岩与大气连通,易受外界低温环境引起裂隙内部水分凝结,造成裂隙带附近形成温度场突变,进而随水冰相变产生冻胀力,二者随着冻结活动处于动态演化之中,涉及到温度场、渗流场及应力场等多场问题。目前的研究大多依据数值模拟结果,描述裂隙岩体温度场、应力场分布特征及规律,考虑从基础理论解析计算角度,探究低温环境下裂隙岩体温度场、冻胀力演化规律鲜有报道。针对含表面裂隙硬岩在低温环境下发生的冻结现象,从传热学理论、相变理论、弹塑性力学及断裂力学理论等多角度出发,探讨随着冻结深入含表面裂隙硬岩内部温度场及冻胀荷载演化过程,提出对应解析表达式,引入多场耦合数值程序Comsol-Multiphysics进行数值模拟验证,结果表明,文中提出的温度场及冻胀荷载演化解析表达式与数值模拟结果具有较好吻合度,可满足对含表面裂隙半无限板模型温度场、应力场演化过程分析,对于裂隙岩体在低温环境下温度场、应力场演化及热-力耦合分析具有较好借鉴价值。

基于电-化学耦合软黏土电渗试验离子迁移数值模拟

基于饱和土体和电化学理论,由于软黏土体结构和土体孔隙溶液对土体中离子迁移有着重要的影响,故建立软黏土电渗过程中离子迁移多场耦合数学模型。本文采用ComsolMultiphysics有限元软件用电化学模块和化学物质传递模块两者进行耦合,通过Nernst-Planck-poisson方程建立模型,对土体孔隙溶液中离子在电渗过程中的迁移开展了数值模拟。研究结果表明:阳极附近离子浓度偏低,尤其是阳电极中部离子浓度最低。越靠近阴极,离子浓度越高;离子迁移速率在阳极和阴极的中间达到峰值。当离阴极越近,离子迁移速率越低,在阴极处达到低谷;孔隙水的排水速率在离阳极近的地方,排水速度缓慢。在阴极附近,孔隙水排水速率较快。

岩浆侵入型含瓦斯煤体特性演化及对石门揭煤的影响

通过对海孜矿岩浆侵入含瓦斯煤体进行钻孔取样,采用理论分析和现场试验方法研究岩浆侵入含瓦斯煤体特性演化规律,得出岩浆侵入含瓦斯煤体后煤体变质程度提高,瓦斯极限吸附能力增强0.54倍,煤体强度降低41.17%,瓦斯含量增大1.07倍,瓦斯压力增高3倍,煤与瓦斯突出危险性高、强度大。结合COMSOL-Multiphysics模拟覆岩为岩浆岩和砂岩的应力分布规律,结论与现场试验结果相符。