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建立了一种饱和-非饱和的双重孔隙-裂隙介质热-水-应力-迁移耦合三维模型,其特点是应力场和温度场是单一的,但具有不同的孔隙渗流场、裂隙渗流场和孔隙浓度场、裂隙浓度场,以及可考虑裂隙的组数、间距、方向、连通率和刚度对本构关系的影响,并研制出相应的三维有限元程序.通过与已有算例的对比,验证了该模型和程序的可靠性.针对一个假定的高放废物地质处置库,就岩体和缓冲层均为非饱和介质和放射性核素泄漏的情况进行了数值分析,考察了岩体中的温度、负孔隙水压力、地下水流速、核素浓度和正应力的状态.结果显示,缓冲层中的温度、负孔隙水压力及核素浓度呈现非线性的变化、分布;尽管裂隙水饱和度平均仅为孔隙水饱和度的1/9,但因裂隙的渗透系数比孔隙的渗透系数大4个数量级,故裂隙中地下水的流速约是孔隙中相应值的6倍;应力分布集中的区域位于缓冲层和处置孔壁交界两侧附近. 相似文献
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含孔隙裂隙岩石的非线性变形对分析岩体工程中的力学响应和安全评价具有重要意义.需要考虑岩石的孔隙性建立能够反映岩石变形非线性特性的本构模型.本文首先分析了岩石非线性变形的力学机理,将岩石的全应力应变曲线分成两段.然后对两段分别建立本构关系:在压密闭合阶段,提出压密因子的概念,以表征孔隙率变化对岩石变形特性的影响;除压密闭合阶段外的另一阶段,基于损伤理论,采用岩石细观单元本构模型来描述,以最大拉应变准则和摩尔-库仑准则作为损伤判断准则.借助有限元分析软件COMSOL Multiphysics,通过MATLAB编程实现对该模型的数值求解.为验证模型的正确性,将数值模拟得到的结果与试验数据进行对比.最后,对6种孔隙率不同但岩石基质相同的岩石进行了单轴压缩破坏过程数值模拟.研究结果表明:运用提出的压密因子所建立的本构模型可以很好地模拟岩石的压密闭合阶段的非线性,对同种岩石孔隙率越大单轴抗压强度越小,随孔隙被压密弹性模量越来越大. 相似文献
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以桂林红黏土为研究对象,借助扫描电子显微镜法(SEM)和压汞法(MIP)对不同初始孔隙比的压实土样和泥浆土样在干化-湿化路径下微观结构演化规律开展研究.扫描电子显微镜结果表明,饱和压实土样的微观结构主要由集聚体、集聚体间大孔隙和集聚体内小孔隙(颗粒间孔隙)组成;饱和泥浆土样的微观结构主要由片层状的黏土颗粒和较为均匀的颗... 相似文献
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为深入理解含大孔隙土体内部水分运移机理,本文基于计算机断层扫描(CT)与图像处理技术,构建了含大孔隙(>0.15 mm)的三维(3D)等效孔隙网络模型(PNM),并确定了最优代表性体积单元(REV)的尺寸为300×300×300体素,最后进行了大孔隙空间拓扑结构特征定量表征、PNM单相流动及3D大孔隙水-气两相流动模拟.研究结果表明,孔径较小的孔隙数量较多,超过80%的大孔隙孔径集中在0.15～1.00 mm.孔隙拓扑空间结构差异性较大,配位数主要集中在20以内,但部分可达60以上.孔隙平均配位数在3～7之间,平均连通孔隙半径>2 mm.单相流仿真表明,孔隙结构的复杂程度与CT扫描分辨率,共同导致模拟渗透率与测试结果出现一定差异,但主渗流方向误差仅为3.81%.两相流仿真表明,渗流初期驱替前缘近乎呈直线状,随后呈指进状,之后直至结束,呈不规则状.孔隙残余气主要以块状分布于孔隙边、死角和孔喉突变部位.随渗流时间增加,水相饱和度呈上升趋势(气相饱和度呈下降趋势),之后逐渐趋于稳定状态,最终水相和残余气相饱和度分别趋于94.92%和5.08%.该研究能较好地揭示重构土的细观渗流机... 相似文献
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活性粉末混凝土(RPC)高温下易发生爆裂破坏,升温时RPC微细观孔隙结构与内部蒸汽压的变化与爆裂密切相关.本文采用压汞和SEM方法测试了素RPC200在室温至350°C七个温度水平下的微细观孔隙结构特征,分析了比孔体积、阀值孔径、最可几孔径等孔隙特征参数随温度变化的规律.通过自行研制的蒸汽压装置量测并分析了温升过程中素RPC200内部蒸汽压的变化机制.采用"薄壁球"模型定量分析了孔隙内部蒸汽压引发RPC爆裂的力学机理,并给出了球壁任意点的应力随饱和蒸汽压q(T)、球壁特征尺寸K变化的力学计算模型.研究表明:随温度升高,素RPC200的比孔体积、平均孔径、阈值孔径、最可几孔径等孔隙特征参数明显增大,200°C是阈值孔径和最可几孔径明显增加的门槛温度.单位质量的RPC孔隙体积增大主要来自于过渡孔与毛细孔的数量与体积增加.由于未形成有利于蒸发水逃逸的孔隙通道,快速达到饱和且难以有效释放的内部蒸汽压是导致RPC高温爆裂的直接原因.作者利用"薄壁球"模型给出了对爆裂起控制作用的壁厚范围. 相似文献