渗流损伤耦合作用下深埋圆形隧道的弹塑性解 被引量：1

1

作者 王刚 管辉 +5 位作者 王鹏举 袁文鹏 张书博 贺鹏 陈慧源 刘廷方 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2023年第6期173-181,共9页

为了研究深埋圆形隧道在考虑渗流损伤耦合作用下的弹塑性解,选择Drucker-Prager屈服准则,基于Biot有效应力原理推导具有衬砌支护的深埋圆形隧洞在施工阶段和运行阶段下的弹塑性解,得到塑性半径和衬砌围岩应力的公式,分析不同因素对塑性... 为了研究深埋圆形隧道在考虑渗流损伤耦合作用下的弹塑性解,选择Drucker-Prager屈服准则,基于Biot有效应力原理推导具有衬砌支护的深埋圆形隧洞在施工阶段和运行阶段下的弹塑性解,得到塑性半径和衬砌围岩应力的公式,分析不同因素对塑性半径和衬砌围岩应力的影响。结果表明:在施工阶段,围岩损伤对塑性区的扩展起到促进作用,同时塑性半径与渗流力呈现正相关趋势,环向应力在衬砌与围岩交界处出现突变并最终趋于地应力;在运行阶段,塑性半径与损伤因子呈线性增加关系,与渗流力呈负相关趋势;随着内压力的进一步增加,对塑性半径的影响分为5个阶段,即低内压力阶段、中低内压力阶段、第一高内压力阶段、第二高内压力阶段、高内压力阶段等。研究结果可为深埋圆形隧道工程建设提供指导和帮助。 展开更多

关键词 圆形隧道 Drucker-Prager屈服准则 渗流损伤耦合 衬砌支护 弹塑性解

在线阅读 下载PDF 职称材料

损伤-渗流耦合作用下上覆溶洞隧道突水灾变规律研究 被引量：1

2

作者 林志斌 李亚豪 +2 位作者 林培忠 张勃阳 杨大方 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期154-163,共10页

目的为分析上覆溶洞对隧道的影响,进行损伤-渗流耦合作用下上覆溶洞隧道突水灾变规律的研究。方法以重庆市双碑隧道工程为背景,基于三线性应变软化模型建立岩体损伤-渗流耦合模型,采用FLAC3D对隧道开挖通过上覆溶洞过程中的围岩变形、... 目的为分析上覆溶洞对隧道的影响,进行损伤-渗流耦合作用下上覆溶洞隧道突水灾变规律的研究。方法以重庆市双碑隧道工程为背景,基于三线性应变软化模型建立岩体损伤-渗流耦合模型,采用FLAC3D对隧道开挖通过上覆溶洞过程中的围岩变形、塑性区、渗透系数和涌水量进行数值模拟分析,并对比分析了不考虑岩体损伤-渗流耦合作用和不同溶洞水压对上覆溶洞隧道突水灾变特征的影响。结果上覆溶洞水压为1.8 MPa时,隧道开挖通过上覆溶洞中心5.0 m后,隧道围岩在溶洞与隧道间产生2条“八字形”的导水裂隙带,导致溶洞与隧道间岩体整体滑动约600 mm,整个滑动体近似梯形,其顶、底、高分别为3.6,9.6,8.4 m;隧道开挖未到达上覆溶洞时,其最大涌水量不超过0.01 m^(3)/s,而通过上覆溶洞中心0,2.5,5.0 m后,其最大涌水量分别为0.022,0.185,0.743 m^(3)/s;上覆溶洞水压为1.2,1.8,2.4 MPa时,隧道通过上覆溶洞后的最大涌水量分别为0.031,0.0743,1.365 m^(3)/s。结论隧道开挖通过上覆溶洞过程中,上覆溶洞水压超过临界值时,隧道会发生冒顶坍塌和突水事故,且突水表现出一定的滞后性和大体量性;溶洞水压越大,隧道会越早突水,最终突水量越高;为模拟再现岩溶隧道开挖过程中的突水灾变时空演化过程,必须考虑岩体的损伤-渗流耦合作用。本文研究成果可为岩溶隧道工程围岩稳定控制提供重要依据。 展开更多

关键词 溶洞 隧道 损伤-渗流耦合 突水 渗透系数 涌水量

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于渗流-损伤耦合分析的煤层底板突水过程的数值模拟 被引量：27

3

作者 冯启言 杨天鸿 +2 位作者 于庆磊 唐春安 冷雪峰 《安全与环境学报》 CAS CSCD 2006年第3期1-4,共4页

根据杨村煤矿17煤的水文地质条件,应用岩石破裂过程渗流与损伤耦合作用分析系统(FRFPA2D),建立了薄煤层底板采动破坏的数值模型,模拟了采动条件下底板的破断失稳、裂隙扩展和突水过程,探讨了底板突水的机理,并对底板的易发生突水部位进... 根据杨村煤矿17煤的水文地质条件,应用岩石破裂过程渗流与损伤耦合作用分析系统(FRFPA2D),建立了薄煤层底板采动破坏的数值模型,模拟了采动条件下底板的破断失稳、裂隙扩展和突水过程,探讨了底板突水的机理,并对底板的易发生突水部位进行了预测。结果表明,当回采工作面推进到26.8m时,在隔水层的两个约束端产生拉剪破坏区。该破坏区和12灰贯通形成突水通道。突水后通道处的位移、流量都发生突变增加,并形成连锁反应,使12灰到13灰及其之间的隔水层依次发生破坏,最大破坏深度达13m,但未勾通和14灰、奥灰之间的水力联系,在底板没有断层的地段不会发生突水。两个工作面采前和采后压水试验结果表明,采动后底板破坏深度在9.96～12.35m,同数值模拟结果相吻合。 展开更多

关键词 采矿工程 底板突水 数值模拟 破裂失稳过程 渗流与损伤耦合作用

在线阅读 下载PDF 职称材料

岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型研究(Ⅰ):模型建立及其数值求解程序 被引量：28

4

作者 王军祥 姜谙男 宋战平 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第S2期626-637,644,共13页

在地下水渗流场、应力场、损伤场的耦合作用下更易造成隧道围岩坍塌或涌水等灾害。首先,将围岩材料视作各向同性连续介质,基于Drucker-Prager准则建立岩石弹塑性损伤本构模型,采用完全隐式返回映射算法实现弹塑性损伤本构方程的数值求... 在地下水渗流场、应力场、损伤场的耦合作用下更易造成隧道围岩坍塌或涌水等灾害。首先,将围岩材料视作各向同性连续介质,基于Drucker-Prager准则建立岩石弹塑性损伤本构模型,采用完全隐式返回映射算法实现弹塑性损伤本构方程的数值求解。其次,以上述研究为基础根据岩石处于弹塑性状态时渗透系数动态演化公式,建立岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型,并给出三场耦合情况下的数值求解迭代方法。针对耦合模型中涉及参数较多且不易测定的问题,基于差异进化算法原理建立智能反分析方法,对耦合模型中的损伤参数进行反演。最后,利用C++语言编制相应的岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合程序和参数反演程序,利用所编程序进行以下计算:(1)对智能反分析程序的性能、正确性进行分析,对比不同差异策略、交叉因子、变异因子的反演精度和收敛速度。(2)分别采用弹性模型和弹塑性损伤模型进行隧道围岩位移场、应力场的计算。(3)不考虑力学作用的情况下进行孔隙水压力、渗流量的计算。(4)采用所建耦合模型计算得到隧道围岩应力场、渗流场以及损伤场的相互影响规律。研究结果表明,基于差异进化算法的智能反分析程序能够较好地解决耦合模型中损伤参数不易确定的难题,为实际工程中获得不易测定的计算参数提供了有效的方法,同时所建立的耦合模型通过应力、渗流和损伤的相互作用更能够真实地反映出岩石材料的宏观破坏现象,所编计算程序能够模拟地下水渗流场、应力场、损伤场之间的耦合特性,为受地下水影响严重的工程建设提供了方法,研究结论为后期对实际隧道工程进行耦合计算奠定基础。 展开更多

关键词 弹塑性损伤本构模型 渗透系数 弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型 损伤参数反演

在线阅读 下载PDF 职称材料

岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型研究(Ⅱ):参数反演及数值模拟 被引量：12

5

作者 王军祥 姜谙男 宋战平 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第12期3606-3614,共9页

海底隧道或近海富水区隧道围岩长期处于地下水环境中,围岩稳定性受渗流场的影响较为明显,由于渗流场作用使得应力场、损伤场发生变化,而围岩应力场、损伤场的变化又对渗流场产生反作用,三场耦合效应十分显著。针对耦合模型中参数多、确... 海底隧道或近海富水区隧道围岩长期处于地下水环境中,围岩稳定性受渗流场的影响较为明显,由于渗流场作用使得应力场、损伤场发生变化,而围岩应力场、损伤场的变化又对渗流场产生反作用,三场耦合效应十分显著。针对耦合模型中参数多、确定难度大的问题,进行耦合模型中损伤参数的反演。采用基于岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型所编制的计算程序和智能位移反分析程序,对大连地铁海事大学试验线路过河段隧道施工过程中的围岩稳定性进行数值计算。根据现场监测位移采用耦合模型进行损伤参数反演,其中耦合计算中采用应力场与渗流场分别迭代求解的间接耦合方法进行有限元计算,利用反演的参数对隧道围岩应力场、渗流场、损伤场分布规律及衬砌结构的受力特征进行了分析。研究结果表明:利用位移反分析法得到的围岩力学参数进行类似地质条件的隧道围岩数值分析是可行的,进而可以预测围岩的变形破坏模式,判断围岩的稳定性。与此同时,通过数值计算可知,地下水的渗流作用对近海隧道的围岩变形有一定的影响,增加了围岩的应力、位移,从围岩-支护结构共同作用原理考虑,进行隧道支护结构设计是应该考虑三场耦合效应的,计算结果可以指导隧道防排水施工质量的改进与提高,为近海富水区隧道开挖设计提供一定的理论参考。 展开更多

关键词 近海富水区隧道 围岩稳定性 弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型 智能反分析 程序编制

在线阅读 下载PDF 职称材料

海底岩溶隧道损伤-渗流耦合机制及其应用 被引量：1

6

作者 许梦飞 姜谙男 李兴盛 《沈阳建筑大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1027-1035,共9页

目的分析多场耦合作用下海底岩溶隧道稳定性.方法建立基于Hoek-Brown准则的岩体弹塑性损伤-渗流耦合模型,通过ABAQUS软件中Umat子程序接口实现了模型的有限元计算,利用该模型对大连海底岩溶隧道进行数值计算.结果溶洞作用下地表沉降曲... 目的分析多场耦合作用下海底岩溶隧道稳定性.方法建立基于Hoek-Brown准则的岩体弹塑性损伤-渗流耦合模型,通过ABAQUS软件中Umat子程序接口实现了模型的有限元计算,利用该模型对大连海底岩溶隧道进行数值计算.结果溶洞作用下地表沉降曲线在开挖面中线两侧存在较大差异,随着上覆海水压力的增加,沉降最大值出现小幅增长,其位置逐渐向溶洞中线处偏移;当施加充填水压时,地表沉降值、开挖面附近围岩位移值和衬砌最大主应力值均发生明显变化;随着充填水压的加载,隔水岩体的损伤值和损伤区域逐渐增大,渗透系数成数量级增长,形成的导水通道为开挖面发生突水突泥灾害埋下了隐患.结论计算结果对岩溶区隧道监测和突水灾害防治具有指导意义. 展开更多

关键词 HOEK-BROWN准则 损伤-渗流耦合模型 海底岩溶隧道 充填水压 导水通道

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于弹塑性损伤-渗流耦合模型的隧道洞口段围岩稳定性研究 被引量：3

7

作者 万友生 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第8期117-123,共7页

为分析复杂条件下隧道洞口段稳定性问题,建立基于Mohr-Coulomb准则的岩石弹塑性损伤-渗流耦合模型,利用完全隐式的向后欧拉算法编制弹塑性损伤模型的应力积分程序。在此基础上,利用ABAQUS平台的子程序接口实现耦合模型的有限元计算。将... 为分析复杂条件下隧道洞口段稳定性问题,建立基于Mohr-Coulomb准则的岩石弹塑性损伤-渗流耦合模型,利用完全隐式的向后欧拉算法编制弹塑性损伤模型的应力积分程序。在此基础上,利用ABAQUS平台的子程序接口实现耦合模型的有限元计算。将该模型应用于福建某洞口段隧道工程的围岩稳定性评价中,分析不同降雨强度下洞口段结构的安全系数、位移及损伤值的变化规律。结果表明:隧道洞口段结构的安全系数、损伤区和位移均会随着降雨进程的发展发生变化,雨季应加强监测频率。 展开更多

关键词 洞口段 围岩稳定性 弹塑性损伤-渗流耦合模型 向后欧拉算法 降雨条件

在线阅读 下载PDF 职称材料

渗流影响下岩石损伤和渐进破裂演化过程的数值试验研究 被引量：7

8

作者 付金伟 朱维申 +1 位作者 张敦福 贾超 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2015年第1期53-59,共7页

在FLAC-3D软件平台上,开发出岩石破裂过程的渗流-损伤耦合分析程序,对渗流-损伤耦合作用下岩石的裂纹萌生、扩展过程进行模拟研究。分析了在孔隙水压力作用下,含原生裂隙和弱化单元的非均质试件在单轴、三轴加载下的破坏过程,并与非渗... 在FLAC-3D软件平台上,开发出岩石破裂过程的渗流-损伤耦合分析程序,对渗流-损伤耦合作用下岩石的裂纹萌生、扩展过程进行模拟研究。分析了在孔隙水压力作用下,含原生裂隙和弱化单元的非均质试件在单轴、三轴加载下的破坏过程,并与非渗流条件下试件在单轴、三轴压缩下的破坏过程相对比,通过动态显示损伤状态、渗流场,并分析应力应变关系、位移图等,对渗流影响下裂隙岩体的损伤和渐进破裂过程进行了研究。 展开更多

关键词 裂隙岩体 渗流-损伤耦合 随机弱化 三轴加载 渐进破裂

在线阅读 下载PDF 职称材料

碎软煤层大直径钻孔围岩损伤演化及瓦斯运移规律模拟研究 被引量：7

9

作者 任仲久 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第1期92-101,共10页

针对碎软突出煤层瓦斯抽采效率低的问题,提出采用大直径钻孔抽采瓦斯以降低煤层瓦斯含量、预防瓦斯突出灾害。以瓦斯吸附运移、煤体变形和损伤的控制方程为基础,建立碎软含瓦斯煤层应力损伤—渗流耦合模型,反映瓦斯与煤层的耦合响应。利... 针对碎软突出煤层瓦斯抽采效率低的问题,提出采用大直径钻孔抽采瓦斯以降低煤层瓦斯含量、预防瓦斯突出灾害。以瓦斯吸附运移、煤体变形和损伤的控制方程为基础,建立碎软含瓦斯煤层应力损伤—渗流耦合模型,反映瓦斯与煤层的耦合响应。利用COMSOL Multiphysics软件模拟研究碎软煤层大直径钻孔围岩损伤演化及瓦斯运移规律,分析钻孔附近损伤区域内瓦斯含量变化及不同钻孔间距的抽采达标情况,对大直径钻孔间距进行优化。研究结果表明:大直径钻孔周围煤体中出现了较大范围的损伤破坏区,其渗透率大幅度增高,使瓦斯能够快速从损伤区域的煤体内运移至抽采钻孔中,为碎软煤层瓦斯高效抽采创造了条件。确定钻孔间距6 m、孔径300 mm的大直径钻孔进行瓦斯预抽,煤层瓦斯含量小于6.2 m^(3)/t,满足抽采达标条件,同时可降低施工费用。 展开更多

关键词 碎软煤层 大直径钻孔 应力损伤—渗流耦合 瓦斯抽采 数值模拟

在线阅读 下载PDF 职称材料

深部煤及顶底板不同射孔位置条件下的压裂模拟——以鄂尔多斯盆地某气田8号深部煤层为例

10

作者 熊冬 贺甲元 +3 位作者 马新仿 曲兆亮 郭天魁 马诗语 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期4897-4914,共18页

鄂尔多斯8号深部煤层埋深超过2000 m,地质结构复杂,目标煤层的顶部与底部分别存在灰岩层与泥岩层,现场采用水平井压裂作为8号深部煤层气的开发手段。为明确8号深部煤及顶底板不同射孔位置条件下的水力裂缝扩展路径规律,综合考虑储层地... 鄂尔多斯8号深部煤层埋深超过2000 m,地质结构复杂,目标煤层的顶部与底部分别存在灰岩层与泥岩层,现场采用水平井压裂作为8号深部煤层气的开发手段。为明确8号深部煤及顶底板不同射孔位置条件下的水力裂缝扩展路径规律,综合考虑储层地质结构、井眼轨迹以及储层岩石力学特性,形成了深部煤层水力压裂有限元模拟实现流程。首先,加工了井下实际岩心试样,基于三轴压缩试验明确了岩石力学特性,并利用CT扫描表征了基质孔隙与裂隙结构特征;然后,采用带孔隙压力节点的黏聚力模型等效表征了深部煤层中的弱面与孔裂隙对流体渗流的影响,并建立了考虑渗流−应力−损伤耦合的深部煤层水力压裂三维有限元模型,并基于现场压裂测试施工工艺进行了有限元模型的参数反演与验证;最终,进行了深部煤及顶底板不同射孔位置条件下的压裂测试模拟计算。结果表明:与顶底板岩石相比,煤岩弹性模量低、泊松比高、孔裂隙发育;煤层中射孔时水力裂缝被完全限制在煤层中扩展,水力裂缝难以穿过煤层与顶底板界面进入灰岩层与泥岩层中,水力裂缝在达到峰值排量前完全闭合;灰岩层中射孔时水力裂缝穿过灰岩层与煤层界面,进入煤层中扩展,煤层中的水力裂缝长度大于灰岩层中的水力裂缝长度;泥岩层中射孔时水力裂缝穿过泥岩层与煤层界面,进入煤层中扩展,泥岩层与煤层中水力裂缝长度均得到了扩展;顶板灰岩层与底板泥岩层中射孔时的起裂压力大于煤层中射孔时的起裂压力;由于大量压裂液在煤层中滤失,在顶板灰岩层与底板泥岩层中射孔时,煤层中的水力裂缝最先发生闭合。研究成果可以为深部煤层的水力裂缝扩展建模提供思路,并指导深部煤层气的高效开发。 展开更多

关键词 深部煤层 CT扫描 孔裂隙结构 压裂测试 射孔位置 有限元 渗流−应力−损伤耦合

在线阅读 下载PDF 职称材料

含孔岩体破裂过程的无单元法数值模拟 被引量：1

11

作者 张鑫 沈振中 徐力群 《河海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2008年第5期722-726,共5页

根据岩体损伤程度对其渗透性和强度的影响,利用定义的损伤变量建立了应力-渗流-损伤的耦合分析模型.综合考虑应力、渗流、损伤之间的相互作用影响,模拟分析了含孔岩体在不同水压力作用下破裂的过程.分析表明,内水压力是促使裂纹扩展的... 根据岩体损伤程度对其渗透性和强度的影响,利用定义的损伤变量建立了应力-渗流-损伤的耦合分析模型.综合考虑应力、渗流、损伤之间的相互作用影响,模拟分析了含孔岩体在不同水压力作用下破裂的过程.分析表明,内水压力是促使裂纹扩展的一个重要因素,内水压力增加可以使原来停止扩展的裂纹重新扩展或者使原来闭合的裂纹重新张开,而且裂纹张开度的变化将导致裂纹内的渗流特性发生改变. 展开更多

关键词 岩体 无单元法 应力-渗流-损伤耦合分析 裂纹扩展

在线阅读 下载PDF 职称材料

低透煤层水力压裂促进瓦斯抽采模拟与试验研究 被引量：34

12

作者 周西华 周丽君 +2 位作者 范超军 白刚 宋东平 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第10期81-86,共6页

针对低透气性煤层瓦斯抽采难度大、工作量大、效率低等问题,采用水力压裂技术促进煤层瓦斯抽采。在多场耦合和弹性损伤理论基础上,建立煤层损伤-应力-渗流耦合模型,数值模拟马堡煤矿15108工作面水力压裂及瓦斯抽采过程,分析煤层弹性模... 针对低透气性煤层瓦斯抽采难度大、工作量大、效率低等问题,采用水力压裂技术促进煤层瓦斯抽采。在多场耦合和弹性损伤理论基础上,建立煤层损伤-应力-渗流耦合模型,数值模拟马堡煤矿15108工作面水力压裂及瓦斯抽采过程,分析煤层弹性模量、渗透率和瓦斯压力的变化规律,确定压裂和抽采关键参数,并据此开展工程试验,对模拟结果进行验证。结果表明:高能压裂液能使煤层破裂,渗透率急剧升高,加快瓦斯向抽采钻孔运移;随着压裂时间增加,压裂损伤范围逐渐扩大;模拟得出水力压裂10 000 s时,2个压裂孔间的损伤区在抽采孔处贯通,压裂损伤范围达14 m;现场压裂试验后,瓦斯抽采平均和最高纯量分别达到63.79和126.57 m3/d,是未压裂的9.65倍和7.23倍,透气性升高了67倍。 展开更多

关键词 低透气性煤层 水力压裂 瓦斯抽采 增透促抽 损伤-应力-渗流耦合模型 数值模拟

在线阅读 下载PDF 职称材料

拦沙坝非线性地震响应分析及极限抗震能力研究 被引量：1

13

作者 陈天燊 刘智 +1 位作者 赵兰浩 李同春 《中国农村水利水电》 北大核心 2020年第3期134-139,共6页

以某抽水蓄能电站拦沙坝河床坝段为例,采用线弹性模型和非线性模型研究地基断层对坝体极限抗震能力的影响。以坝体建基面在地震作用下发生瞬时失稳为破坏依据,计算了坝体破坏前坝体-地基系统损伤、渗流场演变过程以及抗滑稳定安全系数... 以某抽水蓄能电站拦沙坝河床坝段为例,采用线弹性模型和非线性模型研究地基断层对坝体极限抗震能力的影响。以坝体建基面在地震作用下发生瞬时失稳为破坏依据,计算了坝体破坏前坝体-地基系统损伤、渗流场演变过程以及抗滑稳定安全系数时程曲线,得到了线弹性模型和非线性模型下坝体所能承受的最大地震作用分别为2.18倍设计地震和2.67倍设计地震。结果表明:重力坝底部地基中的断层对廊道顶部和底部的应力状态有较大影响;考虑地基断层材料非线性后,坝体发生滑动破坏的主要原因是帷幕震坏和断层大面积损伤;综合考虑地基断层材料非线性以及损伤对渗流场的影响能够更好地模拟复杂地基条件下的坝体极限抗震能力。 展开更多

关键词 断层影响带 极限抗震能力 地基非线性 抗滑稳定 损伤-渗流耦合

在线阅读 下载PDF 职称材料