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大型U形混凝土衬砌渠道季节性冻融水热耦合模型研究 被引量:28
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作者 李学军 费良军 李改琴 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期13-17,共5页
依据温度梯度理论,论述了大型U形混凝土衬砌渠道冻胀机理;运用原型观测成果,建立了大型U形混凝土衬砌渠道季节性冻融水热耦合二维模型,采用混合型Richards方程对冻结过程中渠基非饱和土壤水分运移进行了模拟;并用冻结水分运移量、气温... 依据温度梯度理论,论述了大型U形混凝土衬砌渠道冻胀机理;运用原型观测成果,建立了大型U形混凝土衬砌渠道季节性冻融水热耦合二维模型,采用混合型Richards方程对冻结过程中渠基非饱和土壤水分运移进行了模拟;并用冻结水分运移量、气温和冻深观测值分别建立了冻深、冻胀预测模型。经检验:模拟曲线和预测曲线与原型观测曲线基本吻合。该研究为大型U形混凝土衬砌渠道设计、推广应用提供了理论依据。 展开更多
关键词 冻胀指数 季节性冻融 大型U形渠道 水热耦合模型 冻胀预测模型
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自适应时间步长法在土体冻结水热耦合模型中的应用 被引量:7
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作者 毛卫南 刘建坤 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2014年第4期510-516,共7页
由于相变的存在,土体冻结过程中的温度传导与水分迁移是一个复杂的物理过程。为了更好地描述冻结过程中水分与温度的变化规律,通过对不饱和土体水分传导方程的研究,考虑冻结过程中的相变,建立了一维冻土水热耦合模型。给出了相应的差分... 由于相变的存在,土体冻结过程中的温度传导与水分迁移是一个复杂的物理过程。为了更好地描述冻结过程中水分与温度的变化规律,通过对不饱和土体水分传导方程的研究,考虑冻结过程中的相变,建立了一维冻土水热耦合模型。给出了相应的差分与有限元程序,并对室内冻结实验进行了模拟。提出误差因子的概念,通过对程序计算中时间步长与计算用时、误差关系的分析,论证了进行时间步长优化的必要性。在两种不同数值方法的对比中,体现了有限元计算的稳定性。提出了调整后的自适应时间步长计算方法。计算结果表明,优化时间步的自适应步长法,在不影响模型计算准确度的前提下,可以大幅减少计算用时,提高计算效率。 展开更多
关键词 冻土 水热耦合模型 时间步 冻结实验模拟
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积沙影响下伏冻土的水热耦合模型研究 被引量:4
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作者 蔡迪文 张克存 +1 位作者 安志山 郭紫晨 《干旱区地理》 CSCD 北大核心 2017年第3期523-532,共10页
青藏高原地区冻土正呈退化趋势,除气候变化、人为活动的影响外,沙漠化也被认为是冻土退化的原因之一,但仍存在较大争议。基于不饱和土渗流和热传导理论,结合CoLM和CoupModel模型,初步构建了积沙-冻土-水热概念模型和耦合模型。并在两模... 青藏高原地区冻土正呈退化趋势,除气候变化、人为活动的影响外,沙漠化也被认为是冻土退化的原因之一,但仍存在较大争议。基于不饱和土渗流和热传导理论,结合CoLM和CoupModel模型,初步构建了积沙-冻土-水热概念模型和耦合模型。并在两模型的基础上,讨论了沙层反射率、积沙体热容量、积沙体厚度和沙的传热率等参数对下伏冻土的热影响过程。结果表明,沙层的反射率、地面发射率均高于天然地表,沙层接受的热量较天然地表偏少;积沙地表下的沙层和活动层能截留更多热量,使冻结层获得的热量相对减少;沙的导热性较差,导致积沙地表下地温变化出现延迟,从而延缓冻土退化;同时,积沙无论厚薄,都将起到延缓冻土退化的作用。因而,沙漠化对青藏高原冻土退化的影响可能较小,但全面揭示沙漠化对冻土的影响仍需深入研究。 展开更多
关键词 青藏高原 积沙 冻土 水热耦合模型
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考虑土体非均质传热的河岸带水热耦合模型 被引量:3
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作者 张文兵 沈振中 +3 位作者 任杰 徐力群 周聪聪 杨金孟 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期123-134,共12页
为弥补当前河岸带水热交换模拟对土体非均质传热考虑不足的缺陷,在饱和-非饱和渗流及多孔介质传热理论基础上,引入土体有效导热系数模型,构建考虑土体非均质传热的河岸带水热耦合模型。结合COMSOL软件的特点,给出河岸带水热耦合模型的... 为弥补当前河岸带水热交换模拟对土体非均质传热考虑不足的缺陷,在饱和-非饱和渗流及多孔介质传热理论基础上,引入土体有效导热系数模型,构建考虑土体非均质传热的河岸带水热耦合模型。结合COMSOL软件的特点,给出河岸带水热耦合模型的实现方法及求解流程,并通过河岸带温度和水位原型观测资料验证和对比分析不同有效导热系数模型下河岸带水热耦合模型的模拟效果。结果表明:与传统不考虑土体非均质传热方法相比,该模型能够较好地反映河岸带水热交换过程。此外,基于Johansen有效导热系数模型的河岸带水热耦合模型模拟效果表现最佳,模拟结果与前人试验结果一致。研究成果可为河岸带水热交换及污染物迁移过程的深入研究提供技术支撑。 展开更多
关键词 河岸带 水热耦合模型 非均质传热 有效导热系数模型
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基于正交试验法的河岸带水热耦合模型敏感参数识别 被引量:2
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作者 李昱春 张文兵 +3 位作者 任杰 李舸航 甘磊 徐力群 《水资源与水工程学报》 CSCD 北大核心 2022年第2期136-143,共8页
为了研究河岸带水热耦合模型参数对温度及侧向潜流交换速率有限元计算结果的影响,基于正交试验法,对影响河岸带温度T和侧向潜流交换速率|v_(x)|的水热耦合模型进行敏感参数识别。结果表明:孔隙率n对河岸带水热耦合模型温度输出结果的影... 为了研究河岸带水热耦合模型参数对温度及侧向潜流交换速率有限元计算结果的影响,基于正交试验法,对影响河岸带温度T和侧向潜流交换速率|v_(x)|的水热耦合模型进行敏感参数识别。结果表明:孔隙率n对河岸带水热耦合模型温度输出结果的影响最大;对于侧向潜流交换速率,水力传导率k_(s)的影响最大,而其他参数的影响均较小。因此,在进行河岸带水热耦合模型参数反演或校正时,应将模型中的孔隙率和水力传导率作为重点参数,而敏感程度低的参数可通过工程类比的方法进行确定,这样既可以保证计算精度,又可以提高计算效率。 展开更多
关键词 河岸带 水热耦合模型 正交试验法 敏感参数识别
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双梯度驱动的非饱和冻土水热耦合模型 被引量:3
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作者 吕清硕 张志红 戴福初 《水资源与水工程学报》 CSCD 北大核心 2023年第2期202-207,共6页
青藏高原冻土地区的地质灾害与冻土因冻融作用引起的水分重分布密切相关,其实质是复杂水热耦合作用的结果。已有的冻土水热耦合模型较多关注未冻水含量梯度驱动引起的水分迁移过程,而缺乏对温度梯度驱动效应的探讨。基于经典热传导方程... 青藏高原冻土地区的地质灾害与冻土因冻融作用引起的水分重分布密切相关,其实质是复杂水热耦合作用的结果。已有的冻土水热耦合模型较多关注未冻水含量梯度驱动引起的水分迁移过程,而缺乏对温度梯度驱动效应的探讨。基于经典热传导方程和非饱和土体渗流理论,考虑未冻水含量梯度和温度梯度的共同作用,建立了双梯度联合驱动作用下的非饱和冻土水热耦合模型。在采用已有试验数据对模型有效性进行验证的基础上,分别对-5、-10和-15℃3种环境气温条件下土体的水热响应开展了数值模拟。结果表明:温度梯度在冻结过程中对于水分迁移的驱动作用不可忽略;冻结过程中由于冰水相变释放潜热造成冻结速率逐渐减慢;土中水分聚集的位置处于冻结初期形成的冻结锋面处,且外界气温越低,内外温差越大,则土体水分发生聚集的位置越深,水分迁移量相对也越大,冻结过程中土体水分随深度呈S型分布;-5、-10和-15℃环境温度下含水率极值分别位于0.30、0.55和0.70 m深度处,含水率增量分别为3.5%、4.6%和5.5%。 展开更多
关键词 冻土 水热耦合模型 冻融效应 温度梯度 未冻水含量梯度
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地下水源热泵采能区水热耦合模型研究 被引量:6
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作者 杨武成 陈赫 李国正 《水电能源科学》 北大核心 2012年第12期139-142,共4页
为合理安排地下水源热泵系统的抽灌井布局,利用地下水数值模拟方法,通过Visual MODFLOW软件中的SEAWATV4热运移模块,概化地下水温度场运移过程,建立了符合研究区域水文地质特征的水热耦合数值模型,采用不同的变量对合理井距离进行模拟研... 为合理安排地下水源热泵系统的抽灌井布局,利用地下水数值模拟方法,通过Visual MODFLOW软件中的SEAWATV4热运移模块,概化地下水温度场运移过程,建立了符合研究区域水文地质特征的水热耦合数值模型,采用不同的变量对合理井距离进行模拟研究,模拟得出在水温变幅不超过2℃的前提下,抽灌量300、800、1 500、2 500m3/d的合理井距分别为26.5、53.0、80.0、106.0m,可知温度场的变化范围受井距和抽灌量影响明显并呈一定规律性,应根据水源热泵系统不同的抽灌量要求确定合理的抽灌井距离。 展开更多
关键词 水热耦合数学模型 地下水源热泵 模拟 抽灌井间距
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蒸发条件下冬小麦田土壤水热耦合运移模拟 被引量:2
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作者 宋孝玉 康绍忠 +2 位作者 沈冰 史文娟 黄领梅 《沈阳农业大学学报》 CAS CSCD 2004年第5期387-389,共3页
综合考虑了根区土壤水分动态、根系吸水、蒸发蒸腾、地表能量分配和土壤中温度分布 5个子系统 ,建立了冬小麦蒸发条件下土壤水热耦合运移模拟模型 ,经实测资料检验其精度较高。该模型可用于田间水分动态、根系吸水、蒸发蒸腾。
关键词 冬小麦 水热耦合运移模拟模型 土壤水分 土壤温度
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冻土区路基与埋地管道水热变化模拟分析 被引量:4
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作者 毛卫南 刘建坤 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第S2期380-385,共6页
为研究冻土区工程水热分布规律,基于不饱和土Richards方程推导出了冻土水热变化的耦合关系式。应用有限差分原理进行离散化,编制计算程序,对中俄输油管道漠大线进行模拟。通过模拟结果与实测数据对比验证了应用模型计算程序的可靠性。... 为研究冻土区工程水热分布规律,基于不饱和土Richards方程推导出了冻土水热变化的耦合关系式。应用有限差分原理进行离散化,编制计算程序,对中俄输油管道漠大线进行模拟。通过模拟结果与实测数据对比验证了应用模型计算程序的可靠性。应用程序分别对冻土区路基与埋地管道的水热分布变化进行模拟分析。对于冻土区斜坡路基:冻土斜坡路基的融化界面随时间增加而逐年降低,融化界面与水分富集层位置相近,均呈倾斜分布,影响斜坡路基的稳定性。对于冻土区埋地管道:管道长期运营加剧其周围多年冻土上限下降,管道附近10年后的下降约为天然情况下的4倍。 展开更多
关键词 冻土斜坡路基 冻土埋地管道 水热耦合模型 有限差分 水热变化
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季冻区公路路基水热场阴阳坡差异与防冻胀模拟 被引量:9
10
作者 邓青松 曾超 +2 位作者 何先志 陈风光 刘晓 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期3113-3128,共16页
在国道G109那曲至拉萨的季节性冻土路段设置监测断面,对季节性冻土区路基的地温、含水率和冻胀位移进行连续监测,依据实时监测数据,利用所建立的冻土路基水-热耦合模型,分析季节性冻土区公路路基水-热场的季节变化特征以及阴阳坡差异,... 在国道G109那曲至拉萨的季节性冻土路段设置监测断面,对季节性冻土区路基的地温、含水率和冻胀位移进行连续监测,依据实时监测数据,利用所建立的冻土路基水-热耦合模型,分析季节性冻土区公路路基水-热场的季节变化特征以及阴阳坡差异,并结合水-热场计算结果分析路基的冻胀性以及多种措施下防冻胀效果,并以路基监测期内含冰量的标准差表征路基损伤程度。研究结果表明:季节性冻土区公路路基的温度场与水分场具有明显季节变化特征,在路基路面以下8 m深度范围内,地温受外界环境变化影响较大;由于阴阳坡效应,温度场、水分场、冻胀量场与损伤场的横向分布不对称,相较于阳坡,阴坡冻胀量更大,严重损伤区域更多;路基冻胀量在2月份达到最大,2月底正常天气下路基阴坡肩和阳坡肩冻胀量分别为31.5 mm和26.0 mm左右,而极寒天气下,路基冻胀量明显增大;在保温板措施下,路基损伤区域明显减小,并集中于保温板外表面与路面之间;综合使用保温板、水泥稳定砂和碎石隔水层的措施下,路基阴阳坡肩冻胀峰值分别减少25.4%与30.7%,有效降低了路基冻害。 展开更多
关键词 季节性冻土 公路路基 水热耦合模型 阴阳坡效应 路基损伤 防冻胀
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水热变化对季节冻土区牵引式滑坡变形的作用机制——以2020年8月11日西和县大型滑坡为例 被引量:4
11
作者 梁小鹏 陈虹举 +2 位作者 燕强珍 杨佳亮 马敏 《科学技术与工程》 北大核心 2022年第33期14626-14634,共9页
季节冻融作用诱发滑坡的机制一直缺少定量化的研究结果,这源于缺少相应的理论模型。为了重构滑坡的变形过程并分析其变形机制,首次基于热力学理论,建立了季节冻土水分、温度和变形相互耦合的数值模型,阐述了水分变化对变形的作用机制。... 季节冻融作用诱发滑坡的机制一直缺少定量化的研究结果,这源于缺少相应的理论模型。为了重构滑坡的变形过程并分析其变形机制,首次基于热力学理论,建立了季节冻土水分、温度和变形相互耦合的数值模型,阐述了水分变化对变形的作用机制。该模型的优点是能够体现冻土边坡中冻融作用引发的水分迁移过程和水分不均匀分布状况,并从水分对土体强度影响的角度来分析边坡稳定性。以2020年8月11日甘肃陇南市白冯村发生的大型滑坡为例,利用该数值模型计算了该滑坡处置前后边坡的水热和变形过程,并对其变形机制和稳定性进行了分析。结果表明,冷季水分向冻结锋面迁移并冻结成冰,暖季活动层内冻土融化导致液态水含量增加,从而使冰透镜体所在位置变成了潜在滑移面。在外部荷载(暴雨等)作用下,滑体会沿着该滑移面产生滑动,这便是季节冻土区边坡中的水分迁移过程及其对滑体滑动的作用机制。此外,案例分析表明,滑坡处理前边坡最大垂直变形和最大水平变形分别为72.41 cm和68.57 cm。设置抗滑桩后,边坡达到稳定状态时的最大垂直变形和最大水平变形分别为2.60 cm和2.72 cm,稳定性显著提升。而且,滞水层高度的提升导致边坡垂直和水平变形0-位移线分别升高了2.05 m和2.03 m,这使得潜在滑体体积减小,从而有利于边坡稳定。然而,抗滑桩仅从力学方面提升了边坡稳定性,但是潜在滑移面仍然存在,在外部外荷载作用下,滑坡可能会复活。 展开更多
关键词 季节冻土区 牵引式滑坡 水热气力耦合模型 边坡稳定性数值分析
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基于BP神经网络的增强型地热系统产热性能:以伊通盆地花岗岩体热储层为例
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作者 周玲 郭州朋 +2 位作者 类红磊 张延军 陈云娟 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第21期8950-8961,共12页
探究增强型地热系统(enhanced geothermal systems,EGS)工程采热性能,对提高系统产热效率、延长储层寿命是至关重要的。以伊通盆地北部昌27井实际地质构造、岩性、地热特征及热物性测试为基础,以地下4054~4168 m花岗岩为热储层建立三水... 探究增强型地热系统(enhanced geothermal systems,EGS)工程采热性能,对提高系统产热效率、延长储层寿命是至关重要的。以伊通盆地北部昌27井实际地质构造、岩性、地热特征及热物性测试为基础,以地下4054~4168 m花岗岩为热储层建立三水平井水热耦合数值模型,并在此水平井模型基础上建立BP神经网络热储产热能力预测模型,研究了不同影响因素对系统换热过程的影响。结果表明:BP神经网络预测生产温度、焓值差和压力差与水平井数值模型的相对误差基本不超过±1.0%、±2.0%和±3.0%,预测准确性较高。水平井地热开采中,对系统生产温度造成影响较大的因素是井间距和注入速度,对系统发电效率造成影响较大的因素是注入速度和裂隙渗透率。综合考虑各影响因素交互作用,采用三水平井开采地热能可选择开采方案井间距600 m,注入温度60℃,注入速度23 kg/s,裂隙渗透率1×10^(-10 )m^(2)。在该工况下系统的经济寿命可达32年,累积发电量为605.9 GW·h,比基础模型提高7.4%。 展开更多
关键词 花岗岩热储 EGS 水热耦合模型 BP神经网络 产热性能
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田间覆盖保墒技术措施的应用与研究 被引量:7
13
作者 张瑜芳 沈荣开 任理 《水科学进展》 EI CAS CSCD 1995年第4期341-347,共7页
介绍了国内外的田间覆盖技术措施应用及理论研究现状。目前,研究土壤水热运移模型大致可分为等温模型和非等温模型两大类。分析和论述了两类模型代表模式及其特点;详细论述了地面覆盖对土壤表面水、汽、热状况的影响,以及不同覆盖材料,... 介绍了国内外的田间覆盖技术措施应用及理论研究现状。目前,研究土壤水热运移模型大致可分为等温模型和非等温模型两大类。分析和论述了两类模型代表模式及其特点;详细论述了地面覆盖对土壤表面水、汽、热状况的影响,以及不同覆盖材料,不同覆盖方式对土壤水热运移的影响;简述了二维土壤水热耦合模型及数值模拟计算。在总结已有研究成果基础上,提出了需进一步探讨的问题。 展开更多
关键词 田间覆盖 保墒 水热耦合模型
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冻土斜坡路基温度水分分布特性分析 被引量:7
14
作者 毛卫南 刘建坤 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期88-94,共7页
为研究冻土斜坡路基温度与水分分布规律,基于不饱和土Richards方程推导出冻土水分与温度变化的耦合关系式,建立水热耦合模型。应用有限差分原理进行离散化,编制计算程序模拟冻土斜坡路基室内模型试验。通过模拟结果与试验值的对比,验证... 为研究冻土斜坡路基温度与水分分布规律,基于不饱和土Richards方程推导出冻土水分与温度变化的耦合关系式,建立水热耦合模型。应用有限差分原理进行离散化,编制计算程序模拟冻土斜坡路基室内模型试验。通过模拟结果与试验值的对比,验证了应用模型计算程序的可靠性。对青藏铁路风火山K1139试验段斜坡路基的温度水分分布变化进行模拟分析。结果表明:相对于同一海拔高度的路基中心线上点及右坡脚点,斜坡路基的左坡脚点温度和含水量均较高。冻土斜坡路基的融化界面与水分富集层均沿斜坡发展,与斜坡坡向相同,影响斜坡路基稳定性。 展开更多
关键词 冻土路基 青藏铁路 水热耦合模型 数值模拟 温度分布
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气候变化对黄河流域地表水资源量的影响评估 被引量:7
15
作者 王永强 刘志明 +2 位作者 袁喆 鄢波 李玉娟 《人民黄河》 CAS 北大核心 2019年第8期57-61,67,共6页
为深入认识气候变化对黄河上中游地区地表水资源量的影响,以黄河流域花园口以上区域为研究对象,依据近50a气象水文要素资料,基于流域年尺度的水量平衡与能量平衡原理,构建了基于Buydko水热耦合平衡的区域地表水资源量模拟模型,以年尺度... 为深入认识气候变化对黄河上中游地区地表水资源量的影响,以黄河流域花园口以上区域为研究对象,依据近50a气象水文要素资料,基于流域年尺度的水量平衡与能量平衡原理,构建了基于Buydko水热耦合平衡的区域地表水资源量模拟模型,以年尺度的简化形式描述流域水循环,从宏观视角识别了研究区水资源量对不同降水和气温变化条件的响应规律。结果表明:若降水条件不变,气温每升高1℃,地表径流深减小6.8%;若气温条件保持不变,每增大10%的降水会导致地表径流深增大21.3%。 展开更多
关键词 气候变化 水热耦合平衡模型 Budyko曲线 地表水资源量 黄河流域
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Coupled thermo-hydro-mechanical-migratory model for dual-porosity medium and numerical analysis 被引量:6
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作者 张玉军 杨朝帅 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2011年第4期1256-1262,共7页
A coupled thermo-hydro-mechanical-migratory model of dual-porosity medium for saturated-unsaturated ubiquitous-joint rockmass was established,in which the stress field and the temperature field were single,but the see... A coupled thermo-hydro-mechanical-migratory model of dual-porosity medium for saturated-unsaturated ubiquitous-joint rockmass was established,in which the stress field and the temperature field were single,but the seepage field and the concentration field were double,and the influences of sets,spaces,angles,continuity ratios,stiffnesses of fractures on the constitutive relationship of the medium were considered.Also,the relative two-dimensional program of finite element method was developed.Taking a hypothetical nuclear waste repository as a calculation example,the case in which the rockmass was unsaturated dual-porosity medium and radioactive nuclide leak was simulated numerically,and the temperatures,negative pore pressures,saturations,flow velocities,nuclide concentrations and principal stresses in the rockmass were investigated.The results show that the negative pore pressures and nuclide concentrations in the porosity and fracture present different changes and distributions.Even though the saturation degree in porosity is only about 1/10 that in fracture,the flow velocity of underground water in fracture is about three times that in porosity because the permeability coefficient of fracture is almost four orders higher than that of porosity.The value of nuclide concentration in fracture is close to that in porosity. 展开更多
关键词 ubiquitous-joint rockmass dual-porosity medium thermo-hydro-mechanical-migratory coupling model numericalanalysis
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