非饱和岩石温度-渗流-应力耦合模型研究

以研究岩石孔隙比和含水量两个基本量为出发点,考虑温度对渗流黏滞系数和孔隙比的影响、温度梯度引起的流体流动以及流体流动引起的热对流的影响,应用修正的Darcy定律、Fourier定律等,推导出非饱和岩石在温度–渗流–应力耦合作用下的平衡方程、流体物质守恒方程、气体质量守恒方程和能量方程。并将建立的多场耦合力学模型应用于一泥岩竖井的开挖、支护过程,重点分析围岩和衬砌内温度场、渗流场的变化规律,以及泥岩竖井在开挖、支护和运行过程中饱和度的变化规律。研究成果对我国地下石油、核废料储存以及高寒地区的隧道工程设计与施工具有重要的指导意义。     

京津冀地区断陷盆地含水层储气库评价体系及目标优选

中国京津冀地区对利用含水层建设储气库有重大需求,但是利用含水层建设储气库投资大、风险高,在中国尚无先例,特别是在京津冀所处的断陷盆地中,由于地质构造复杂,建库风险更大。以京津冀地区断陷盆地含水层构造为研究对象,系统分析了圈闭、储层、盖层、断层等不同地质参数对含水层储气库的影响,选取了否定性、能力型、控制型、经济性等4个关键因素,对照法国等国外建设含水层储气库的成功经验,建立了京津冀断陷盆地建设含水层储气库圈闭目标优选的多层次、多指标综合评价体系,并运用层析分析法确定了不同指标的权重,对京津冀地区断陷盆地11个初选圈闭目标进行评价排序,优选出了大5石盒子组、孙虎孔店组、大参2奥陶系潜山等3个适宜改建地下储气库的含水层构造。文章是在国内首次开展的水层目标勘探生产实施评价基础上形成的,对于复杂地质条件下的含水层储气库选址具有一定的指导意义。     

含水层储气库的选址评价指标和分级标准及可拓综合判别方法研究

 综合本领域相关研究成果和全球现有储气库数据库资料,建立含水层储气库选址评价的目标层次结构模型,提出储气库选址评价体系中各基本指标的等级划分标准;借助物元可拓性定性方法和可拓关联函数定量方法,建立含水层储气库选址评价的层次分析法--可拓学评价模型。将这套评价方法在华北水层建库工程中进行应用,评价结果表明,大5目标区和葛2目标区属于适宜库址,评价结果与专家论证意见一致,验证了评价标准和评价方法的可靠性和合理性。研究成果对国内含水层储气库选址具有一定的指导意义。     

岩土工程非线性优化反演模型在ABAQUS中的应用

目的 针对常规反演方法应用于岩土工程参数反演时搜索效率低、计算量大的缺点,提出了基于改进Nelder-Mead算法的有限元优化反分析法,为工程所需的计算参数提供参考.方法 基于混合罚函数法,以测点的实测值与计算值建立误差函数,将有限元程序ABAQUS作为一个单独模块嵌入到改进的Nelder-Mead算法中,编制了优化反演分析程序.结果 给出了具体的应用实例,结果表明,改进Nelder-Mead算法提高了参数的搜索效率,用较少的迭代次数就能得到满足精度要求的结果,是一种可行的参数反演方法.结论 笔者提出的优化反演方法具有很强的实用性,可应用于实际工程中复杂岩土体初始应力场反演、渗流场以及位移反分析.     

矩形容器内液体三维晃动特性研究

为研究充液容器内液体的晃动对储存系统动态响应的影响,应用泛函极值原理建立了任意充液容器内液体晃动的有限元分析模型,忽略了晃动自由面上液体的表面张力,分析了充液容器内液体晃动的固有频率、模态及地震对其影响,并与解析解进行了对比。分析结果表明,该方法可应用于三维任意形状充液容器内液体的晃动问题求解,且精确度较高,建议在工业设计中将液体晃动与结构弹性体振动问题统一分析。     

特殊地质区域海底隧道长期稳定性研究

根据F4风化槽强风化花岗岩的三轴流固耦合试验以及三轴流变试验成果,建立Mohr-Coulomb模型来描述风化槽岩石的弹塑性硬化及塑性流动行为,采用Nelder-Mead最优化方法得到力学模型各参数。应用三轴流变试验建立强风化花岗岩的非线性流变模型并拟合相关流变参数,在此基础上将流固耦合流变模型编制Creep子程序嵌入到ABAQUS软件。通过现场反演证明试验所得模型与参数可以很好地描述实际的情况。根据反演的围岩力学参数,模拟海底隧道F4风化槽段(ZK8+900m)隧道结构的长期稳定性,为海底隧道的设计和运营管理提供理论依据。     

大型地下洞室围岩体蠕变参数位移反分析研究

工程岩体蠕变参数的反演是大型地下工程围岩体稳定性分析中的一项重要研究内容.以锦屏二级水电站地下厂房为研究背景,根据现场施工得到的动态监测资料,通过建立能反映实际施工开挖顺序的计算力学模型,采用精确罚函数法以及Nelder-Mead优化算法相结合的有限元位移反分析计算程序,对地下厂房围岩体蠕变参数进行反演研究.结果表明:反演位移值与现场实测值非常接近,绝大部分反演结果与实测值误差均在8%以内,反演结果较为理想;并得到了围岩体开挖蠕变后的合理应力变形特征.研究成果为地下洞室群的长期稳定性和可靠性研究提供理论依据.     

软硬互层岩体模型单轴压缩破损规律研究

鉴于正确认识软硬互层岩体力学特征、分析其变形和强度规律,是大型岩体工程设计和施工需解决的关键问题,开展了一系列的物理模型试验和数值模拟试验,研究了软硬互层岩体的力学特征,探讨了互层的存在以及倾角变化对岩体变形破损的影响规律。结果表明,当岩层倾角由0°增加至90°时,试样的单轴抗压强度存在明显差异,抗压强度随岩层倾角的增大呈U型分布;试样的破损特征随倾角变化和分层变化呈不同破坏形态,破裂面主要沿软硬分层薄弱面发育,层间破坏主要由软弱分层的破坏引起;软硬分层薄弱面处切应力明显增大,相邻软硬夹层的应力分布有明显间断。     

变形多孔介质温度–渗流–应力完全耦合模型及有限元分析

根据多孔介质中温度、渗流及应力之间复杂的耦合关系,基于连续介质力学和混合物理论,导出变形多孔介质热–流–固三场耦合模型及其控制方程,探讨有限元法的求解过程,以ABAQUS软件为求解器,在MATLAB语言环境下编制相应的计算程序,并通过典型算例考证程序的正确性。然后研究石油钻井过程中的热–流–固耦合作用过程,详细分析场耦合作用对井壁孔隙压力、温度和应力的影响,计算结果表明,热–流–固耦合作用对井壁稳定有重要的影响,应全面考虑各物理场之间的耦合作用。研究成果为分析岩土介质多场耦合过程提供一条有效的途径,从而为进一步研究温度–渗流–应力–化学(THMC)耦合问题奠定基础。     

杆式泵泵筒内流体流动规律的数值模拟

针对杆式泵泵简内的流体流动问题,采用湍流模型的K-ε两方程模型和有限元方法,对在一个抽油循环中阀与活塞在几个特定的位置的流体流动进行了建模与计算,具体分析了处于阀道内和同心环状空间中的原油在上下冲程的运动规律。通过计算知,泵筒内流体的最大速度与入口端的初始流连基本满足线性关系,而最大流压与入口端的初始流速不满足线性关系,直径大的泵,其流压整体上要比直径小的泵要小,分析结果可为杆式泵的内部结构设计和几何参数的确定提供一定的参考依据。