煤岩固-气耦合的流变力学分析

为分析煤与瓦斯延迟突出机理 ,讨论了煤层瓦斯流动特性 ,认为游离瓦斯和吸附瓦斯、突出空洞内的瓦斯和突出空洞附近煤体中的瓦斯均在煤与瓦斯突出过程中起重要作用 ,因而提出原煤吸附瓦斯贡献系数 k并建立了煤层瓦斯流动的质量守恒方程 ;基于煤岩流变力学实验 ,提出了讨论煤岩流变力学性质的广义弹粘塑性组合模型 .最后 ,建立了可以用来研究煤与瓦斯延迟突出机理的含瓦斯煤固 -气耦合分析的数学模型 .

含气地层不均匀沉降对盾构隧道结构影响的固-液-气耦合分析

为掌握含气地层中盾构隧道渗漏气引起的地层变形对隧道结构的影响,以苏通气体绝缘金属封闭输电线路(gas-insulated metal enclosed transmission line,GIL)项目中江底富含高压浅层气地层为研究对象,利用自主开发的有限元程序,并采用非饱和弹塑性本构模型,对含气地层不均匀沉降对盾构隧道结构的影响进行了三维固-液-气耦合数值模拟分析。结果表明:排气引起的地层不均匀沉降会导致隧道沉降,产生附加内力。其中,渗气口附近沉降位移最大,含气地层下部由于卸荷效应会有少许回弹;同时,沉降位移最大处所在截面的附加弯矩也最大;越远离含气层的位置,截面附加弯矩越小。

含沼气地层中气体运移对隧道结构的影响分析

沿海或沿江隧道可能要穿越富含有害气体的地层,给隧道施工安全带来挑战。依托上海市天然气主干管网崇明岛-长兴岛-浦东新区五号沟LNG站管道工程的过江隧道,建立了非饱和土固液气耦合数值分析模型,模拟隧道周围气藏的气体汇聚和逸散过程,重点分析气体运移过程对土体变形和隧道结构受力性状的影响。研究表明,气体汇聚过程将导致隧道周围土体抬升,气体逸散过程则导致土体沉降,气体迁移导致隧道衬砌结构的内力也随之变化,经分析确认衬砌结构的弯矩和轴力均未超过设计值,衬砌结构安全。

煤岩体吸附膨胀变形与吸附热力学的参数关系

采用吸附容量法测试了不同煤样对CO2,CH4,N2的吸附性能参数,基于所提出的孔隙介质截面吸附润湿长度概念和孔隙结构模型、表面物理化学及弹性力学原理,导出了吸附膨胀应力和应变理论计算公式,并讨论了吸附常数、温度、气体压力、煤岩体比表面积、气体分子吸附截面积等参数对它们的影响·这些公式比现有的公式应用范围广,能方便计算不同约束条件下的吸附膨胀应变和应力·研究还表明煤岩体比表面积和气体吸附分子截面积越大,气体吸附量、煤岩体的吸附膨胀应力及应变越大·