可压缩流体渗流的流固耦合问题数值模拟研究

可压缩流体在多孔介质中的流动过程是流体流动和固体变形相互耦合作用的结果,研究多孔介质中流固耦合渗流规律对于完善流固耦合理论以及工程应用有着重要意义.本文在考虑了流体的可压缩性和固体变形影响的前提下,基于流固耦合力学理论,建立了地下水渗流问题的流固耦合数学模型,采用了编制FSC-SP程序的对数学模型进行数值求解.通过数值计算,比较了考虑耦合效应与非耦合效应之间的存在较大差异,这对于实际工程中流固耦合问题的数值模拟有着重要的理论意义和指导意义.     

可压缩流体渗流的流固耦合问题数值模拟研究

可压缩流体在多孔介质中的流动过程是流体流动和固体变形相互耦合作用的结果,研究多孔介质中流固耦合渗流规律对于完善流固耦合理论以及工程应用有着重要意义。本文在考虑了流体的可压缩性和固体变形影响的前提下,基于流固耦合力学理论,建立了地下水渗流问题的流固耦合数学模型,采用了编制FSCSP程序的对数学模型进行数值求解。通过数值计算,比较了考虑耦合效应与非耦合效应之间的存在较大差异,这对于实际工程中流固耦合问题的数值模拟有着重要的理论意义和指导意义。     

低渗透储层流-固耦合渗流规律的研究

考虑低渗透油藏渗流时启动压力梯度和低渗储层的流-固耦合特性，将渗流力学与弹塑性力学相结合，建立适合低渗透油藏的流-固耦合渗流数学模型，并给出其数值解。在黑油模型和弹塑性有限元程序的基础上，编制了计算低渗透油藏流-固耦合渗流的计算软件。通过数值模拟与不考虑流-固耦合时的计算结果相对比，从中可以看出，低渗透油藏中流-固耦合效应是十分明显的。     

模拟水压致裂的二维FDEM-flow方法

 水压致裂在非常规天然气开采中被广为采用,对该问题的研究具有重要意义。基于FEM/DEM耦合分析方法,提出解决FEM/DEM方法中流–固耦合问题的理论框架,称之为FDEM-flow方法,并结合贯通节理裂隙网络形成的递归搜索算法,为在二维情形下考虑流–固耦合驱动下的岩体破裂问题提供完整的解决方案,并给出实现流–固耦合的整个计算流程。通过2个含有解析解的裂隙渗流算例,验证本文提出方法求解纯裂隙渗流问题的正确性。最后,通过一个流体驱动下的岩体破裂算例,展现提出的方法在模拟流–固耦合驱动下的岩体破裂问题的巨大潜力,为模拟页岩气开采中的水压致裂问题提供了新途径。     

地下工程流–固耦合试验新技术及其在充填型岩溶管道突水模型试验中的应用

在地质力学模型试验技术的基础上,根据大型交通、水利水电及矿山工程的需要,开展大比尺流–固耦合模型试验技术研究,包括新型流–固耦合相似材料、三维可视化固液耦合试验系统以及多物理场信息监测分析技术。提出了流–固耦合相似材料的配制原则,选择了多种性能耦合较小的调节剂,实现了强度、渗透性、重度等指标的独立调节,大大提高了材料的相似度,保证材料能够在水长期作用下保持稳定的性质,很好地模拟中、低强度的岩体、破碎带及充填物。三维可视化固液耦合试验系统具备了自动化静力加载和数字化水压加载功能,实现了复杂地质条件下有压水体与相似材料的大面积直接作用,为流—固耦合条件下渗流和突涌水过程的模拟提供了可视化的试验场所。光纤技术、电阻元件柔性防水技术和自动化数据采集分析系统,实现了水环境下模型体内部渗压、应变和位移的精确采集和分析。最后,依托湖北省保康至宜昌高速公路尚家湾隧道,开展了充填型岩溶管道失稳突水的大比尺三维模型试验研究,真实再现了工程中的突涌水过程,揭示了充填型岩溶管道突水的灾变特征。流–固耦合试验新技术得到成功应用,为试验的顺利进行提供了技术保证。     

流固耦合问题计算方法综述

总结了现阶段国内外流固耦合最新研究成果,重点介绍了常用的Morison方程分析方法、数值分析方法、软件分析方法,以期为涉及流固耦合计算的工程积累经验,从而进一步研究流固耦合问题。     

多孔介质多场耦合作用理论 及其在资源与能源工程中的应用

详细介绍土木工程领域、环境工程领域、资源与能源开发工程领域中的多孔介质多场耦合作用的科学与技术问题,进而论述多孔介质多场耦合作用的科学内涵,其耦合作用理论包含固体应力场、渗流场、温度场和浓度场4个场的耦合作用,以及溶解的化学反应.介绍耦合作用的本构规律的研究重点与数学模型的组成,并深入讨论国内外关于固液、固气耦合作用下,孔隙与单一裂隙的渗流本构方程及其存在的问题.较详细介绍煤层气开采的裂隙介质固气耦合模型与应用、盐矿开采的固流热传质耦合模型与应用、高温岩体地热开采的固流热耦合模型及油页岩原位开采的相关技术与理论问题,讨论该类问题的数值模拟求解策略以及该类工程面临的深刻的理论与技术难题.     

FLAC^3D技术在锚杆“耦合”支护工程中的应用研究

隧道开挖后的支护结构设计，唯有在充分考虑原岩条件的支护设计，并确保支护体系、支护结构和参数以及施工工艺过程与围岩变形力学特性相适应、相匹配的条件下，才能达到最大限度发挥围岩自承能力和支护体系支承能力，达到控制围岩变形、维护隧道稳定的目的。亦即唯有使支护设计与原岩条件达到一定程度的“耦合”关系，才能既满足隧道围岩的稳定要求，也同时达到经济合理的目的。文章结合襄武段联拱隧道具体工程条件，就隧道锚杆支护设计与原岩条件的“耦合”问题借助FLAC^3D数值模拟技术进行研究，得出了锚杆弹性模量为围岩体等效变形模量的250倍时，锚杆支护刚度就与围岩体强度达到“耦合”状态的结论，为合理设计隧道锚杆支护结构提供了可靠依据。     

低渗透地下环境中水-岩作用的渗流模型研究

地下水渗流过程是水(流动)-岩(变形)相互作用的结果，研究水-岩相互作用对于环境问题及工程应用有着重要的意义。基于流-固耦合力学理论，建立了低渗透地下环境中，水-岩相互作用的三维耦合数学模型，并采用分离变量法对一维模型进行了解析求解：通过算例分析，验证了模型的可靠性。所建模型及求解方法在实际工程问题及环境问题中具有重要的理论意义和指导意义。     

基于流固耦合理论的连拱隧道围岩稳定性分析

以湖南省常吉高速公路新修建的一些大跨度连拱隧道为工程背景，基于流固耦合分析理论，利用快速拉格朗日有限差分法对连拱隧道围岩稳定性进行分析。主要考虑流固耦合效应作用时，围岩级别、隧道埋深、地下水位以及施工工法和初期支护等因素对围岩稳定性的综合影响，得到Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ级围岩在各种情况下隧道开挖后围岩最大主应力、洞周位移、塑性区、孔隙水压力分布以及喷锚支护受力特征等结果，探讨连拱隧道开挖渗流机制，并分析深埋连拱隧道开挖后的孔隙水压力场分布特征。研究结果直接指导该高速公路二期工程中的隧道防排水施工和支护措施的改进提高，为富水地层条件下的隧道工程开挖设计提供一定的理论参考。     

四车道公路隧道特点及其所需解决的几个问题

我国的交通隧道建设事业发展迅速 ,近年来 ,出现了四车道公路隧道。与三车道和两车道公路隧道相比 ,它具有提高车速、缩短里程、节约燃料、节省时间等优点。但由于四车道公路隧道的建设在国内尚处于起步阶段 ,有许多问题亟待研究。本文综述了四车道公路隧道的特点和研究进展 ,提出了四车道公路隧道的特殊性和应该专门研究的几个关键技术问题     

隧道涌水量的预测

介绍了隧道水文地质试验时应注意的问题,从计算参数的确定和计算方法两方面深入地探讨了隧道涌水量的计算,通过具体工程实例,分析了隧道涌水量预测过程中需要注意的问题,以对隧道的设计施工起到超前预防的作用。     

岩溶区隧道结晶堵管现象及其诱发的风险问题浅析

根据对多条营运期岩溶隧道病害的调研,发现因碳酸盐类渗流结晶带来的排水系统堵塞问题已不容忽视,由此,从岩溶隧道结晶堵管、衬砌结构渗漏水等病害调研分析入手,通过对岩溶区隧道建设与营运过程中可能面临的灾害风险问题分析,对结晶堵管后可能诱发的衬砌结构安全性问题进行了探讨,指出岩溶区隧道突水、突泥、渗流结晶堵塞排水系统及岩溶水腐蚀等问题将可能是该类隧道建设及后期运营过程中面临的主要技术难题,而岩溶区隧道结晶堵管带来的附加水压可能是导致岩溶隧道出现渗漏水、衬砌开裂的根本原因所在。上述观点有望为解决岩溶隧道结晶堵管诱发的相关问题提供技术思路。     

沪崇苏隧道施工中将遭遇的不良地质条件及其防范措施

拟建的沪崇苏隧道是联系上海、崇明岛和江苏的大直径、长距离、高水头越江隧道,其工程规模大,技术难度高,施工中将会遇到各类可能引发严重地质灾害的不良地质条件,能否通过施工措施解决这些技术难题,将成为沪崇苏隧道安全、可行的关键所在。本文根据国内外越江隧道的施工经验,主要就沪崇苏隧道可能遇到的不良地质情况进行分析,提出合理的施工技术措施,为今后隧道建设提供有益的参考。     

公路隧道初期支护病害分析处理及效果评价

通过对杭新景高速公路隧道建设实例研究，分析了隧道初期支护病害等隧道建设中常遇问题的成因及解决的关键技术，总结出高速公路隧道勘察、设计、施工等方面应该注意的问题，对同类围岩隧道施工具有一定的借鉴意义。     

浅谈城市过江隧道横断面布置及隧道管廊

城市过江隧道作为重要的市政基础设施通常会在项目准备阶段对隧道的重要设计因素进行充分考虑和研究。本文通过庆春路过江隧道工程实例,重点介绍城市过江隧道横断面布局设置和考虑要素,结合工程实际进一步对过江隧道横断面设置及隧道管廊的相关问题进行探讨,对于类似工程的建设具有一定借鉴意义。     

Assessment of the dynamic stability of the portals of the Dorukhan tunnel using numerical analysis

Instability problems may arise during the construction and operation of tunnels depending on the quality of the rock mass. In particular, determining instability problems at the portals of a tunnel is of utmost importance during excavation and operation of the tunnel. Slope instability and rockfalls are the most frequent instability problems that may be encountered at tunnel portals. Such instability problems can be triggered by dynamic effects such as earthquakes, blasting, etc. This study investigates the stability of the portals of the Dorukhan Tunnel connecting the provinces of Zonguldak and Bolu in the close vicinity of the North Anatolian Fault Zone (NAFZ), which is a well-known strike-slip 1500 km long fault. The effect of an earthquake that may occur in the NAFZ on the extent of failure has also been studied by numerical analyses. In the analyses, a three-dimensional dynamic analysis computer code, based on the finite difference method, has been used. According to results of the dynamic numerical analyses, the Devrek portal was found to be more stable than the Mengen portal. Moreover, it was found that, for acceleration values of dynamic wave higher than 0.5g, tunnel portal slopes and the areas as far as 20–50 m from the tunnel entrance may suffer serious damage. Wave propagation perpendicular to the tunnel axis was established to cause more damage around the openings and in the portal slopes as wave compared to propagation parallel to the tunnel axis.     

黄土地层浸水湿陷对地铁隧道影响试验研究

黄土地层浸水湿陷对地铁隧道结构的影响是较为突出的岩土工程问题之一,为深入研究黄土层湿陷变形对隧道衬砌结构的影响机制,通过改进长安大学离心机浸水装置和监测设备,系统开展了浸水条件下湿陷性黄土层对地铁隧道结构影响的离心模型试验,试验结果表明:地铁隧道周边黄土浸水湿陷会导致土层重度增加,隧道拱顶土层内部拱效应因湿陷而消散,土层自重压力增加且完全由隧道结构承担,从而会导致隧道结构受力和变形不利,传统的深埋隧道结构设计理论需考虑湿陷条件下拱顶土压力的不利增长因素;地铁隧道基底下黄土地基的浸水湿陷会明显诱发隧道结构的附加作用应力,但一定厚度的非湿陷性黄土或有效处理过湿陷性黄土层抵御下伏土体湿陷变形的能力不容忽略,非湿陷土层厚度越大,对于抵御湿陷变形的能力越强;隧道基底土层不均匀浸水湿陷会导致隧道拱顶部呈现受拉状态,底部呈现受压状态,隧道拱顶所承受的附加应力更大,约为拱底附加压应力的3倍,隧道基底的自重湿陷变形对隧道顶部衬砌结构所造成的破坏更严重。     

雪峰山特长隧道高分辨率工程地震勘探技术

根据雪峰山隧道勘察中将遇到的技术问题、深埋隧道的勘察技术现状及雪峰山隧道的地形地质特点,对复杂地形及岩层陡倾角条件下高分辨率工程地震勘探技术做了深入的研究,目的是通过研究取得成果,为其他地区深埋隧道的勘察提供有效的新技术和新工艺。     

铁路隧道质量通病及控制措施

在隧道施工中会发生一些质量通病,我们要采取有效的措施来预防和控制质量通病的发生.文章主要介绍隧道工程施工中的通病及控制措施,对隧道施工具有一定的借鉴意义.