饱和多孔黏弹地基热−水−力耦合动力响应分析 被引量：4

1

作者 郭颖 李文杰 +2 位作者 马建军 梁斌 熊春宝 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期1081-1092,共12页

天然土体由于沉积条件和应力状态不同,往往会表现出一定的流变性.本文研究地基上表面受外载荷作用时,渗透系数和孔隙率变化对饱和多孔黏弹性地基热−水−力耦合动力响应问题的影响.基于Biot波动方程、达西定律和Lord-Shulman广义热弹性理... 天然土体由于沉积条件和应力状态不同,往往会表现出一定的流变性.本文研究地基上表面受外载荷作用时,渗透系数和孔隙率变化对饱和多孔黏弹性地基热−水−力耦合动力响应问题的影响.基于Biot波动方程、达西定律和Lord-Shulman广义热弹性理论,并引入了考虑黏弹性松弛时间因子的Kelvin-Voigt黏弹性模型研究地基上表面受热/力源作用时,孔隙率和渗透系数变化对均质各向同性饱和多孔黏弹性地基中所考虑的各无量纲量的影响.根据不同的边界条件采用正则模态法推导出无量纲竖向位移、超孔隙水压力、竖向应力和温度的解析表达式,结合算例分析了不同变量对各物理量的影响.正则模态法是一种加权残差法,可不经正、反积分变换将方程快速解耦并消除数值反变换的局限性.结果表明:无论何种载荷作用时,载荷频率变化对所有考虑的物理量均有明显的影响;孔隙率和渗透系数均对无量纲超孔隙水压力有明显的影响,当仅考虑热载荷作用时,孔隙率和渗透系数变化对无量纲温度均无影响.正则模态法可广泛应用于岩土工程领域,尤其适用于商业建筑、高速铁路和公路能源基础的热、力学特性研究中.该研究结果可为工程施工奠定一定的理论基础,具有一定的指导性意义. 展开更多

关键词 Lord-Shulman 广义热弹性理论 黏弹性松弛时间 热−水−力耦合黏弹性模型 正则模态法

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非饱和土热–水–力全耦合本构模型及其验证 被引量：6

2

作者 刘祎 蔡国庆 +1 位作者 李舰 赵成刚 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期547-555,F0002,共10页

在地热资源开发与利用、核废料地质处理、垃圾填埋场等诸多岩土工程领域都需要考虑温度对非饱和土性质的影响。为了更为全面描述非饱和土在热–水–力耦合条件下的变形及持水特性,以平均土骨架应力、修正吸力和温度为应力变量,以比体积... 在地热资源开发与利用、核废料地质处理、垃圾填埋场等诸多岩土工程领域都需要考虑温度对非饱和土性质的影响。为了更为全面描述非饱和土在热–水–力耦合条件下的变形及持水特性,以平均土骨架应力、修正吸力和温度为应力变量,以比体积和饱和度为应变变量,建立了一个非饱和土热–水–力全耦合本构模型。模型通过屈服面方程及屈服面之间的耦合规律来反映热–水–力之间的相互影响,主要包含温度和饱和度对力学特性的影响,吸力和超固结比(应力历史)对热变形的影响,密度、温度和滞回效应对持水特性的影响,温度、应力和滞回效应对干化及湿化变形的影响。利用建立的模型,对不同应力路径下的试验进行预测。通过预测与试验结果的对比,验证了模型的适用性。 展开更多

关键词 非饱和土 本构模型 热–水–力耦合 温度 吸力

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水饱和边坡夹层热-孔隙水-力耦合作用模型及应用 被引量：2

3

作者 贺桂成 廖家海 +3 位作者 李丰雄 王昭 章求才 张志军 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1663-1672,共10页

为了研究温度对水饱和边坡夹层力学参数的影响,将水饱和边坡夹层视为固-液两相的线弹性体,建立了水饱和边坡夹层热-孔隙水-力耦合作用的力学模型,并推导了其耦合控制方程;采用物理相似模拟的方法,建立了与边坡原型相似的试验模型,研究... 为了研究温度对水饱和边坡夹层力学参数的影响,将水饱和边坡夹层视为固-液两相的线弹性体,建立了水饱和边坡夹层热-孔隙水-力耦合作用的力学模型,并推导了其耦合控制方程;采用物理相似模拟的方法,建立了与边坡原型相似的试验模型,研究温度引起的边坡夹层力学参数的变化特征;通过比较分析理论计算结果与模型试验结果,验证了所建立的耦合力学模型的适用性。研究结果表明:孔隙水压力系数和热压力系数是引起水饱和边坡夹层孔隙水压力增加的关键控制因素;孔隙水压力系数取决于孔隙排水压缩特性和固相介质压缩特性,这两者差值越大,孔隙水压力系数越大;孔隙水热膨胀系数和孔隙体积热膨胀系数是影响热压力系数的主要因素,这两者差值越大,热压力系数也越大;边坡夹层孔隙水压力随温度升高呈现出先缓慢增加而后急剧增加的变化特征,而黏聚力和抗剪强度随温度升高而缓慢降低,且孔隙水压力的理论计算结果与试验测试结果吻合良好。因此,水饱和边坡夹层热-孔隙水-力耦合作用的力学模型能较好地反映孔隙水压力在加热升温过程中的变化特征,为科学地预测和控制类似边坡工程的稳定性提供了参考。 展开更多

关键词 水饱和边坡 温度 热-孔隙水-力耦合作用模型 热膨胀系数 孔隙水压力系数

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荷载作用下多孔饱和地基的热-水-力耦合动力响应分析 被引量：4

4

作者 熊春宝 郭颖 +1 位作者 刁钰 李志 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期795-801,共7页

基于广义热弹性理论,结合达西定律,对Biot波动方程进行修正,研究了一个受到荷载作用的多孔饱和地基的热-水-力多场耦合动态响应问题。建立了多孔饱和地基在荷载作用下的热-水-力耦合模型及控制方程,该模型可退化为热弹性耦合模型。采用... 基于广义热弹性理论,结合达西定律,对Biot波动方程进行修正,研究了一个受到荷载作用的多孔饱和地基的热-水-力多场耦合动态响应问题。建立了多孔饱和地基在荷载作用下的热-水-力耦合模型及控制方程,该模型可退化为热弹性耦合模型。采用正则模态法求解,得到了问题的解析解,讨论了热-水-力耦合模型和热弹性耦合模型的区别,分析了荷载频率变化对地基中各物理量的影响。最终给出了无量纲的竖向位移、超孔隙水压力、竖向应力和温度等物理量的分布规律。 展开更多

关键词 广义热弹性理论 热松弛时间 热-水-力耦合模型 热弹性耦合模型 多孔弹性体 正则模态法

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热-水-力耦合作用下非饱和土变形特性的弹塑性模拟 被引量：7

5

作者 蔡国庆 郭艳鑫 +2 位作者 李舰 张雪东 赵成刚 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期1060-1068,共9页

在已有的非饱和土水-力耦合模型基础上,耦合考虑温度影响,建立了一个热-水-力耦合作用下非饱和土弹塑性本构模型。该模型以土骨架平均应力、修正吸力和温度为应力状态变量,以土骨架应变、饱和度和熵为应变状态变量。通过引入与温度相关... 在已有的非饱和土水-力耦合模型基础上,耦合考虑温度影响,建立了一个热-水-力耦合作用下非饱和土弹塑性本构模型。该模型以土骨架平均应力、修正吸力和温度为应力状态变量,以土骨架应变、饱和度和熵为应变状态变量。通过引入与温度相关的屈服面(LY、TY)以及相应的硬化规律来考虑温度对土体变形的影响。利用建立的模型,对文献中不同吸力和温度条件下的等向压缩和三轴排水剪切试验进行预测,预测结果表明,该模型能够较好地定量描述热-水-力耦合作用下非饱和土的变形特性。 展开更多

关键词 非饱和土 热-水-力耦合 弹塑性本构模型 变形特性

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泥岩各向异性热-水-力耦合特性——基于ATLAS Ⅲ现场加热试验 被引量：7

6

作者 马永尚 陈卫忠 +3 位作者 龚哲 于洪丹 李翻翻 李香玲 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期426-436,444,共12页

比利时放射性核废料地质备选场址Boom clay是一种典型的横观各向同性材料,在Drucker-Prager帽盖模型的基础上,构建了适用于Boom clay的横观各向同性特点的热-水-力耦合弹塑性本构模型,该模型可反映温度对其强度、弹性模量、渗透性等的影... 比利时放射性核废料地质备选场址Boom clay是一种典型的横观各向同性材料,在Drucker-Prager帽盖模型的基础上,构建了适用于Boom clay的横观各向同性特点的热-水-力耦合弹塑性本构模型,该模型可反映温度对其强度、弹性模量、渗透性等的影响,并在ABAQUS中进行了二次开发。为验证所建立模型的合理性,结合比利时HADES地下实验室ATLAS Ⅲ现场加热试验结果,应用所提出的模型对加热过程中围岩的温度和孔隙水压力的变化规律进行了数值仿真分析。结果表明:所建立的模型能够正确地描述现场加热试验过程中围岩温度场和孔压场所呈现出的各向异性特征,主要表现为热源水平面内测点的孔压在加热功率升高时先略为下降后才升高,在加热功率下降时先略为升高后才下降,而竖直面内测点的孔压在加热功率升高时立即升高,在加热功率下降时立即下降。研究成果表明,考虑各向异性的THM耦合分析能更好地反映加热过程中泥岩温度场和孔压场的实际分布情况,研究结果对类似工程或现场试验的设计、安全运行提供重要的决策依据。 展开更多

关键词 BOOM CLAY 热-水-力耦合 Drucker-Prager帽盖模型 损伤 ATLAS Ⅲ现场加热试验

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考虑热-水-力耦合效应的饱和多孔地基动力响应分析 被引量：2

7

作者 熊春宝 郭颖 刁钰 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2018年第6期689-699,共11页

基于广义热弹性理论,结合Darcy(达西)定律,对Biot波动方程进行了修正,研究了一个受到椭圆余弦波作用的,均质各向同性半无限大饱和多孔地基的热-水-力多场耦合动态响应问题.建立了饱和多孔弹性地基的热-水-力耦合动力响应模型及控制方程... 基于广义热弹性理论,结合Darcy(达西)定律,对Biot波动方程进行了修正,研究了一个受到椭圆余弦波作用的,均质各向同性半无限大饱和多孔地基的热-水-力多场耦合动态响应问题.建立了饱和多孔弹性地基的热-水-力耦合动力响应模型及控制方程,采用正则模态法求解,得到了问题的解析解,分析了地基中渗透系数变化和椭圆余弦波频率变化对饱和多孔地基中各物理量的影响.最终,给出了无量纲的竖向位移、超孔隙水压力、竖向应力和温度等物理量的分布规律. 展开更多

关键词 广义热弹性理论 热松弛时间 热-水-力耦合 多孔弹性体 正则模态法

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地质系统热-水-力耦合作用的随机建模初步研究 被引量：6

8

作者 孙培德 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第S2期39-42,共3页

热-水-力(THM)耦合作用是岩石力学与环境地质中的重要基础理论问题,核废料地质处置库周围的缓冲材料和围岩中的热-水-力耦合现象将影响其力学稳定性、热传导性和渗透性,进而影响放射性核素在裂隙岩体中的迁移规律。核废料或放射性废料... 热-水-力(THM)耦合作用是岩石力学与环境地质中的重要基础理论问题,核废料地质处置库周围的缓冲材料和围岩中的热-水-力耦合现象将影响其力学稳定性、热传导性和渗透性,进而影响放射性核素在裂隙岩体中的迁移规律。核废料或放射性废料的地下深埋处置是国际上正在研究的永久性隔离的有效方法之一。因此,对核废料地质处置法安全性评估的一个重要内容就是对裂隙岩体中力学稳定性与构造应力、地下水渗流及热载荷等的耦合作用之数值模拟和评估。这已成为当前刻不容缓的重要的环境影响评价课题。笔者研究了温度场-渗流场-应力场中热传导系数和渗透率以及岩体力学参数的空间变异性,用实验方法研究三场耦合效应及裂隙岩体的场性能等效处理,试图建立热-水-力耦合作用的随机性数学模型及可视化数值模拟方法,为核废料地质处置安全性评估提供直观的新方法。 展开更多

关键词 热-水-力耦合 数学模型 随机分析 可视化模拟

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高压实膨润土砌块接缝组合热−水−力耦合效应试验装置研制及应用 被引量：1

9

作者 郑维翰 李涛 +2 位作者 冯硕 高玉峰 刘月妙 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期2908-2918,共11页

评估高放废物地下处置库缓冲材料的阻滞性能需要了解热−水−力(THM)耦合条件下高压实膨润土砌块与拼装接缝组合体的性能。为此,研制了一台膨润土砌块及接缝THM耦合特性试验仪,该装置由模型试验箱、砌块与接缝、温度控制、水力控制、数据... 评估高放废物地下处置库缓冲材料的阻滞性能需要了解热−水−力(THM)耦合条件下高压实膨润土砌块与拼装接缝组合体的性能。为此,研制了一台膨润土砌块及接缝THM耦合特性试验仪,该装置由模型试验箱、砌块与接缝、温度控制、水力控制、数据测量与采集共5个系统构成。采用两块高庙子(GMZ)膨润土砌块和一条填有砂和膨润土颗粒的接缝制作砌块−接缝组合试样,在90℃的热边界和0.1 MPa的水力边界条件下进行了为期266 d的试验以检测试验装置设计的可行性。基于温度、体积含水率和膨胀力实测数据,获得了试样内部热、水和力三场的时空演化过程及规律。根据试样内部的干密度变化规律,建立了新的接缝愈合度定义式,并利用接缝变形观测数据计算了接缝愈合度。通过对接缝厚度与温度、体积含水率和膨胀力之间的关系进行回归分析,建立了相应的回归关系式。试验结果表明,该试验仪可用于核废物深地质处置缓冲材料的室内物理模拟试验。 展开更多

关键词 高放废物处置 膨润土砌块 接缝 热−水−力耦合 模型试验

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饱和土在单向冻结过程中的水-热-力耦合分析 被引量：3

10

作者 罗会武 刘恩龙 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2017年第4期586-592,共7页

给出了一多物理场模型来模拟饱和正冻土的水-热-力耦合过程。冻土区采用的是非线性弹性本构模型,而未冻区采用修正的剑桥模型。在这一数学模型中,克拉伯龙方程用于描述水和冰在相变时满足的平衡条件,并通过修正孔隙比来描述与温度有关... 给出了一多物理场模型来模拟饱和正冻土的水-热-力耦合过程。冻土区采用的是非线性弹性本构模型,而未冻区采用修正的剑桥模型。在这一数学模型中,克拉伯龙方程用于描述水和冰在相变时满足的平衡条件,并通过修正孔隙比来描述与温度有关的传导系数,由此描述未冻水的迁移。假定单元中土颗粒的长度不变且沿土柱冰晶从低温向高温有序生成,由此考虑水相变成冰的相对体积变化。以土颗粒的长度为分析目标来考虑冻胀过程中的较大变形。对于给定的边界条件,采用COMSOL软件对耦合的非线性偏微分方程进行求解。结果表明,这一方模型可以较好的模拟饱和土在冻结过程中的水-热-力耦合特征。 展开更多

关键词 冻胀 水-热-力耦合 数值分析 剑桥模型

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考虑THM耦合的地热能源桩热-力行为分析

11

作者 李峙 刘福深 +1 位作者 杨仲轩 詹伟 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期2129-2138,共10页

地热能源桩除了可以承受建筑物的上部结构荷载,还能提供低碳、环保和可持续的制冷/制热功能,因此在土木与能源等行业受到广泛关注。热-水-力(THM)三场耦合效应显著影响能源桩和土体的相互作用及其承载变形特性。利用多孔介质混合物理论... 地热能源桩除了可以承受建筑物的上部结构荷载,还能提供低碳、环保和可持续的制冷/制热功能,因此在土木与能源等行业受到广泛关注。热-水-力(THM)三场耦合效应显著影响能源桩和土体的相互作用及其承载变形特性。利用多孔介质混合物理论推导了THM全耦合的基本控制方程,并通过与饱和非等温固结问题的理论解对比,验证了该耦合问题基于COMSOL有限元分析方法有效性。在此基础上,考虑流体性质随温度的变化和不同的桩土接触模型,开展了基于THM耦合的能源桩二维有限元模型的数值分析,并与离心数值模型和现场试验数据进行对比。计算结果表明该耦合模型不但能预测能源桩中应力、应变和位移场分布与演化规律,还能较好地模拟桩土多场耦合行为。研究结果表明,THM耦合效应对土工分析具有重要影响,研究成果可为能源桩设计、施工及使用过程中所涉及的多场耦合问题提供参考依据。 展开更多

关键词 能源桩 热-水-力耦合模型 桩土相互作用 有限元 模型验证

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大型渡槽流固动力耦合效应试验研究 被引量：11

12

作者 张林让 吴杰芳 +1 位作者 陈敏中 尹高强 《南水北调与水利科技》 CAS CSCD 2008年第1期6-10,共5页

以南水北调工程穿黄箱形渡槽为研究对象,采用大比尺水弹性振动渡槽模型在水平振动台上进行试验,研究了地震作用下和谐激励下水体与槽体相互作用效应和机理,并将试验结果和Housner模型计算结果进行了对比分析。结果表明流固耦合作用对渡... 以南水北调工程穿黄箱形渡槽为研究对象,采用大比尺水弹性振动渡槽模型在水平振动台上进行试验,研究了地震作用下和谐激励下水体与槽体相互作用效应和机理,并将试验结果和Housner模型计算结果进行了对比分析。结果表明流固耦合作用对渡槽结构的动力特性、振动位移和动应力响应以及槽内水体的动水压力特性有很大影响,弹性槽壁上的动水压力远大于刚性槽壁上的动水压力。试验条件下,由槽内水体晃动产生的动水压力很小。基于研究结果最后对Housner模型在抗震分析中的应用提出了修正建议。 展开更多

关键词 渡槽 水弹性模型 流固动力耦合 动水压力 水体晃动

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核废料贮存库围岩体热响应耦合场研究 被引量：10

13

作者 蒋中明 Dashnor HOXHA 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第8期953-956,共4页

岩体在加热状态的物理力学响应是核废料贮存库安全运行评价的主要指标。结合现场试验成果(温度、孔隙压力和变形),应用多孔连续介质力学理论对热诱导引起的岩体温度场、渗流场和应力场进行了有限元数值对比研究。提出了有限元计算过程... 岩体在加热状态的物理力学响应是核废料贮存库安全运行评价的主要指标。结合现场试验成果(温度、孔隙压力和变形),应用多孔连续介质力学理论对热诱导引起的岩体温度场、渗流场和应力场进行了有限元数值对比研究。提出了有限元计算过程中通过调整孔隙率和渗透系数来实现热–水–力耦合分析非线性孔隙弹性的研究方法。现场测试和数值模拟表明:在整个加热过程中,饱和岩体温度和有效应力随时间不断增加,而孔隙压力在加热能量变化初期呈上升趋势,在后期呈下降趋势。 展开更多

关键词 多孔介质 非线性孔隙弹性 核废料贮存库 热-水-力耦合分析 岩体热响应

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孔隙率各向异性下饱和多孔弹性地基动力响应 被引量：5

14

作者 熊春宝 胡倩倩 郭颖 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第4期1120-1130,共11页

由于不同的沉积条件和应力状态,天然土体通常表现出一定的各向异性特征.文章研究地基上表面受温度载荷和机械载荷时,孔隙率各向异性参数变化对饱和多孔弹性地基热-水-力耦合动力响应问题的影响.基于Lord-Shulman广义热弹性理论,结合孔... 由于不同的沉积条件和应力状态,天然土体通常表现出一定的各向异性特征.文章研究地基上表面受温度载荷和机械载荷时,孔隙率各向异性参数变化对饱和多孔弹性地基热-水-力耦合动力响应问题的影响.基于Lord-Shulman广义热弹性理论,结合孔隙率各向异性基本假设,建立了孔隙率各向异性饱和多孔弹性地基热-水-力耦合动力响应模型,利用正则模态法推导出无量纲竖向位移、超孔隙水压力、竖向应力和温度分布的解析表达式并加以图示.正则模态法是一种利用加权残差求得解析解的方法,相较于其他方法能快速求解偏微分方程.当孔隙率各向异性参数为1时,可将该各向异性耦合动力响应模型退化为热-水-力耦合动力响应模型验证该地基模型的合理性.着重分析了孔隙率各向异性参数变化对不同物理量的影响.结果表明:孔隙率各向异性参数变化对物理量均有一定影响.在地基上表面受温度载荷作用时,对超孔隙水压力和竖向应力影响最为明显;在地基上表面受机械载荷作用时,对超孔隙水压力和温度影响明显.整体而言,无论地基上表面受何种载荷,随着各向异性参数增大,峰值逐渐减小,在地基深度增加方向峰值所在位置向靠近地基上表面方向移动. 展开更多

关键词 热-水-力耦合模型 各向异性 孔隙率 正则模态法 动力响应

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