双重介质温度场-渗流场-应力场耦合模型及三维数值研究

在建立双重介质温度场-渗流场-应力场耦合微分控制方程基础上,提出研究裂隙岩体温度场-渗流场-应力场耦合的双重介质模型,对不同介质分别建立以节点位移、水压力和温度为求解量的三维有限元格式,提出该数学模型的求解策略与方法,开发双重介质流固热耦合分析的计算程序,通过模拟地下2200m的高温岩体地热开发系统的算例发现,注入井附近温度场-渗流场-应力场三场耦合作用十分明显的,主干裂隙对渗流场、温度场和应力场的整体分布具显著影响。与渗流场-应力场耦合,应力场-温度场耦合进行比较,探讨各场耦合效应的强弱,可以得出,在一定空间、时间域内,往往存在着起主导控制作用的双场耦合系统,变温条件下温度场对裂隙渗流场具显著耦合作用,从而论证了存在温度变化梯度的岩土工程中进行三场耦合分析的重要性。

温度-应力-化学三场耦合作用下深部软岩巷道蠕变规律数值模拟

描述了所建立的连续介质温度场-应力场-化学场三场耦合控制方程。使用有限元程序对地下1 500 m的深部软岩巷道蠕变规律进行了温度场、应力场和化学场三场耦合过程的三维数值模拟,分析了温度场、应力场和化学场对深部软岩巷道蠕变规律的影响。结果表明,深部软岩巷道产生大应变,主要来源是蠕变,弹性应变和热应变次之;温度场、应力场和化学场对深部软岩巷道蠕变都产生不可忽视的影响,就影响程度来看,应力场影响最大,化学场和温度场次之。

基于温度-应力耦合效应的冻土高边坡稳定特性分析

以京新高速某季节性冻土高边坡为背景,通过考虑伴有相变的瞬态温度场与应力场耦合,运用有限元分析软件ANSYS,分别模拟研究了含水率、温度、坡率、有无护坡等因素对边坡位移场、应力场和温度场的影响,并通过比较边坡安全系数的大小,判断各因素对边坡稳定性的影响。计算结果表明:边坡稳定性与含水率、坡率、边坡高度呈负相关,即数值越大稳定性越低;而温度作为影响季冻区边坡稳定的重要外部条件,当负温值位于-10℃以上时,各个指标对其敏感度较高,随着温度的进一步降低,各指标对温度的灵敏度逐渐减小;此外,施作护坡可有效地减小边坡的最大位移和冻结深度,增强其稳定性。