基于COMSOL的地下水封油库围岩流固耦合特征模拟研究

地下水封油库通常建造于完整性好的结晶岩体内部,利用"隙存水封"的原理将油气封闭于地下洞室内部,洞库围岩在施工及运营期间具有典型的流固耦合特征。论文基于裂隙岩体流固耦合理论,采用COMSOL Multiphysics软件对洞库围岩不同工况下流固耦合特征进行了模拟研究。研究结果表明:地下洞库在不设置人工水幕情况下,开挖后洞室顶部地下水位明显下降,并形成降落漏斗,可能导致洞室油气外溢;设置人工水幕后,洞室顶部地下水位下降趋势得到明显控制,有效确保了水封的可靠性;在设置水幕的情况下,洞室直墙及洞室拱顶与底板角点处出现明显的应力集中,但围岩仍未出现连贯塑性区,洞室最大位移不超过5mm,洞室围岩稳定性良好。分析成果对于指导洞库优化设计及施工具有一定的参考价值。

基于激光点云数据的裂隙岩体渗流场的无单元法模拟

利用三维激光扫描技术获取岩体表面高精度激光点云数据,进而得到岩体裂隙网络的几何信息和产状分布情况。研究基于激光点云坐标数据求解含复杂裂隙网络岩体二维渗流场的无单元法,采用罚函数法处理渗流边界条件,并推导无单元Galerkin法的基本方程和积分格式。该方法首先将激光点云数据经坐标投影和抽稀后作为无单元模拟的节点坐标数据;然后结合岩体裂隙网络的几何信息,采用无单元法计算渗流场,进而分析岩体的渗透特性。该方法具有以下优点:(1)可以精确获取高陡边坡的裂隙产状、位置坐标、长度和开度等几何信息;(2)直接将激光点云作为无单元法节点,减少生成裂隙网格和生成节点坐标的工作;(3)将裂隙网络采用裂隙渗透张量表示,可以对非连通裂隙、不同开度和不同充填程度的裂隙进行模拟。在此基础上,应用IDL编制基于海量激光点云数据的岩体裂隙产状分析和无单元法渗流场数值模拟软件LIDAREFM,并计算怀柔县桥梓镇一裸露岩石边坡的渗流场。计算结果表明,该方法是可行、有效的,计算得到的渗流场分布及特性能够反映岩体裂隙网络对渗流场的影响。该方法为研究裂隙岩体真实渗流场分布提供了一种新的研究思路。

破碎岩体隧道注浆参数确定方法

基于渗流应力耦合本构方程和水力耦合理论,提出破碎岩体隧道涌水量预测与计算方法、注浆圈厚度的计算分析方法。理论分析结果表明:注浆圈厚度的理论计算结果与现有估算方法结果及工程应用实例结果较吻合,表明该方法具有一定的工程应用价值;随着注浆圈渗透系数的降低和注浆圈厚度的增加,隧道涌水量随之减小,但并不是注浆圈的渗透系数越低、注浆圈厚度越大对隧道涌水量的控制效果越好,而是存在相对经济合理的注浆圈最优值。

含水层采能区热渗耦合三维数值模型研究

以西安市某水源热泵系统为例,建立三维热渗耦合数值模型,对研究区渗流场和温度场的演化进行模拟研究。结果表明:水源热泵系统运行初期,抽灌井水位变化明显,1. 5 h后趋于稳定;随着热泵系统的运行,在水动力的驱动下,回灌井冷热锋面逐渐到达抽水井,发生热贯通后抽水井温度变化显著;含水层渗透系数越大,温度锋面的移动速度越快;抽灌井连线上渗透速度最大,温度变化最明显,随着热泵系统的运行,温度场的影响范围逐渐增大。

水源热泵直线型异侧抽灌系统渗流场影响分析

以西安市某地下水源热泵直线型异侧布井为例,分别运用解析法、数值模拟方法分析了渗流场影响范围,并确定了渗流场影响范围、安全距离与井距的对应函数关系。结果表明:在含水层水文地质参数、井孔抽回灌量参数确定的条件下,渗流场影响范围、安全距离均与抽回灌井距呈正相关关系;水源热泵布井时应考虑抽回灌井群系统对渗流场区和周边建筑物地基沉降造成的影响,以便合理规划水源热泵布井区和优化抽灌井布井间距。

南通市地下水开采与地面沉降模拟预测

针对第四系松散沉积层地下水开采所引起的地面沉降,根据渗流理论和土力学理论,建立了地下水三维非稳定渗流与地面沉降耦合数学模型。采用三维有限差分方法,以南通市地下水开采为例,基于地面沉降的控制要求,规划评价出了各乡镇各含水层的地下水可采资源量。结果表明:地下水开采布局科学规划后,总的可采资源量为24281.4×104m3/a,为南通市合理开采地下水以及地面沉降的防治提供了科学的依据。