裂隙岩体渗流水-岩耦合数值分析

以单条平直裂隙中的水流运动规律和裂隙网络渗流模型为基础，介绍了裂隙岩体渗流场与应力场耦合非线性分析的基本原理以及两场耦合的数学模型，并说明了耦合计算方法及步骤，运用算例，通过对比分析耦合及非耦合两种情况下的渗流场等值线图，说明了在渗流场必须考虑水-岩耦合作用。     

渗流地层人工冻结温度场和渗流场之数值研究

提出了地层冻结过程的渗流场和温度场的耦合机理和渗透系数的耦合作用，建立了冻土和融土统一的微分方程数学模型，对冻、融土的热参数渗流系数进行了光滑的曲线回归，解决了非线性耦合有限元数值计算难题，实现了渗流地层人工冻结过程的数值仿真技术，数字可视化地研究了在渗流作用下的井筒冻结温度场和渗流场分布和发展规律.     

煤层注水压力及渗透率分布规律数值模拟

为探究流固耦合作用下的煤层注水压力及渗透率分布规律,首先建立以广义达西定律为基础的数学模型。然后结合新安煤矿3402工作面实际情况建立几何模型,最后借助多物理场耦合模拟软件COMSOL,对煤层注水流固耦合数学模型进行计算求解。得出了各注水压力下,孔隙压力与渗流速度分布规律均为注水钻孔处最大,并以注水钻孔为中心呈椭圆状向四周递减,还得到了注水压力和注水时间与煤体渗透率的关系。     

高承压水上采煤固流耦合数值模拟

随着矿井开采深度的增加,一些深部有高承压水的煤矿正面临高承压水上采煤的现状。根据"下三带"理论,在工作面推进过程中,煤矿底板要受到采动压力及高承压水的破坏,但是底板破坏带及承压水导高带很难用解析的方法进行计算。基于此,通过研究地下水渗流场和应力场耦合作用机理,建立了渗流场和应力场的耦合方程,并采用数值计算软件ANSYS对葛亭煤矿11601工作面进行了模拟研究,获得了采动破坏带和承压水导升带的破坏范围。最后,用双端堵水器测定底板破坏深度验证了模拟的结果。     

采空区煤自燃的多场耦合作用研究

为研究采空区煤自燃致灾过程,以煤自燃多场耦合机理为理论基础,综合论述流-热耦合、热-化耦合及流-化耦合的研究现状,通过采空区耦合模型引出渗流场、化学场及温度场的控制方程,并对其耦合过程进行分析。结果表明:煤自燃是由煤氧复合反应、渗流过程及热风压作用共同耦合而成。因此,煤自燃是采空区渗流场、化学场和温度场共同耦合作用的结果。     

渗流场——应力场耦合分析

首先分析了渗流场与应力场耦合问题的现状，以Louis耦合关系式建立的等效渗流场与应力场耦合数学模型的混合分析方法进行数值分析；最后以该模型分析验证了某库岸边坡的耦合应力场。     

破碎岩体流固耦合渗流的分岔

利用承压破碎岩石非Darcy渗流的渗透特性试验规律,对破碎岩体渗流动力系统进行了应力场与渗流场耦合的分岔行为研究.根据多孔介质的有效应力原理建立了含有孔隙度及孔隙压力等渗流物理量的应力场控制方程;考虑流体与固体骨架各自的运动速度,分别建立了流体非Darcy渗流的运动方程以及固体骨架和流体的连续性方程,推导出含有应力场体积应变的渗流场控制方程;得到了垮落破碎岩体由自然堆放状态过渡到压实状态时的弹性流固耦合一维非Darcy渗流的非线性动力学方程组,分析并求解了渗流系统的平衡态,利用逐次亚松弛迭代法分析了平衡态的稳定性,得到了无量纲化孔隙压力、渗流速度随参数变化的动力学响应,指出破碎岩体渗流动力系统存在鞍结分岔.在分岔点处任意微小的扰动易诱发渗流失稳,引发突水等动力学灾害.     

煤岩与瓦斯固流耦合机理研究进展

论述了煤与瓦斯系统固流耦合理论及其模型研究成果,固流耦合理论主要有考虑煤体自身结构影响的渗流理论、流体自身影响的渗流理论、地球物理场影响的渗流理论,及综合考虑地球物理场与煤体结构影响的渗流理论。煤与瓦斯固流耦合模型有双孔隙介质影响模型、损伤影响模型、基质收缩影响模型、吸附膨胀影响模型、水气两相流影响模型、热量影响模型、煤体弹塑性影响模型、掘进工艺影响模型等8种。分析了各种模型的建立方法和研究内容,认为现有的煤与瓦斯固流耦合模型考虑因素各有侧重,难免轻重失当;尚未考虑掘进振动影响煤体渗流规律理论;且尚未研究掘进振动作用下含瓦斯煤体应力-渗流耦合模型。     

孔隙介质岩体流热耦合数值模拟研究

为了研究孔隙介质岩体的流热耦合机理,以典型的华北型煤田深部开采为背景,从达西定律、热传导定律出发,对孔隙介质岩体的流热耦合作用进行了研究。根据理论推导的结果,利用多场耦合软件Comsol Multiphysics建立不同条件下的耦合模型,在改变渗流和温度的情况下,对模型的渗流场与温度场重新分布进行计算。研究结果表明,渗流对温度场分布的影响表现在流体充当了热量运动的载体,与流体的渗流速度与渗流方向有关,温度对渗流场的影响表现在温度改变了流体的动力黏度与密度,使液体更易流动,从而表现为岩体渗透性与渗透系数变大。     

承压水上采煤底板突水危险性预测分析

基于渗流-应力耦合理论,建立流-固耦合数学模型;通过多物理场全耦合分析软件Comsol Multiphysics对某矿3302工作面进行了数值模拟,研究煤层底板应力和底板所承受水压力情况,从而确定底板突水危险性。     

露天采场高陡岩质边坡流固耦合稳定性研究

运用有限单元法,建立了平川铁矿露天采场高陡岩质边坡仿真模型。在分析了露天采场地下水渗流机理的基础上,建立了渗流场和应力场的两者耦合模型,对露天采场高陡岩质边坡进行了有限元二维渗流场-应力场耦合稳定性计算。采用强度折减法,对整个露天采场区域典型边坡剖面进行了稳定性分析,并给出了安全稳定系数。对有限单元法计算结果与极限平衡法计算结果进行了比较,两者计算出的边坡稳定性系数较为吻合,边坡破坏的剪出口是一致的,破坏曲线也较吻合。     

致密油藏压裂开发流固耦合数值模拟

为揭示了致密油藏在压裂与开采过程中孔缝介质的变形规律,研究流固耦合作用对致密油藏生产动态的影响,本文基于致密砂岩储层孔缝多重介质变形力学机制,阐述了致密油藏压裂与采出过程中的流固耦合作用,针对不同开发阶段孔缝介质变形及流体渗流特征,建立了相应的物性参数动态变化模型及多相流渗流数学模型,并编制了致密油藏压裂、开采数值模拟软件对典型致密油区块进行了数值模拟。结果表明,压裂液注入过程中,基质孔隙膨胀,孔、渗物性增大;高于开启压力时,天然裂缝开启并逐步延伸;高于破裂压力时,岩石破裂形成人工裂缝,储层渗透率大幅升高。在生产过程中,随着地层流体压力的降低,基质孔隙收缩,裂缝开度变窄;当低于闭合压力时,裂缝闭合导致储层渗透率显著的降低。     

气—水两相流耦合模型及瓦斯抽采模拟研究

针对目前进行瓦斯抽采模拟时大多忽略煤层含水的问题,建立了考虑气—水两相流的瓦斯抽采流固耦合模型。在瓦斯单相作用的基础上,考虑煤层水渗流及孔隙水压力所产生的影响,推导出相应的应力场方程和渗流场方程,并建立渗透率动态演化模型作为耦合模型,据此分析瓦斯—水运移规律。研究结果表明:考虑气—水两相流,产气速率具有峰值点;若不考虑水的影响,则将高估瓦斯抽采量;距钻孔越远,水对瓦斯运移的抑制作用越明显,且抑制作用大于因煤体自身有效应力减小、渗透率增大所带来的促进作用;煤层初始渗透率对瓦斯抽采具有决定性作用;煤层温度越高,瓦斯压力越不易降低,由温度增高引起的瓦斯解吸效应大于煤层自身的吸附应变效应。     

应力-渗流耦合下煤层开采底板突水特征

为进一步分析煤层开采底板承压水突出机理,通过采集煤层开采过程中的前兆信息,基于固体力学基本方程及达西定律,建立了含裂隙岩体的应力-渗流耦合数学模型。结合某煤矿监测信息,分析总结了底板岩体材质、力学信息等,为突水提供前兆信息,此外,利用RFPA-Flow软件模拟了在不同水头压力和围岩压力作用下原生裂隙扩展、贯通的动态过程,为有效防治矿井底板突水,确保矿井安全生产提供参考。     

考虑流固耦合作用的钢板桩基坑变形模拟分析

在软土地区深基坑施工过程中,由于地下水渗流场变化的影响,基坑失稳破坏是较为常见的灾害.该文采用等刚度替换法,将拉森钢板桩等效为矩形截面钢板,并借助有限元软件ABAQUS,结合某工程算例探讨了渗流应力耦合作用下基坑周边土体孔压场及变形场的分布特性.结果表明,在地下水位以上开挖时,地下渗流场基本没变化,是否采用渗流应力耦合,土体变形结果基本一致;在地下水位以下开挖时,随着开挖深度加大,渗流应力耦合计算结果与未考虑渗流影响的计算结果偏差越大,说明在深水区,考虑渗流应力耦合的必要性和合理性.未考虑渗流应力耦合作用的计算结果偏于不安全,考虑渗流应力耦合作用可更准确地反映基坑渗流与变形情况.     

瓦斯渗流过程孔隙流体压力变化规律数值模拟研究

孔隙流体对煤岩体的变形与破坏有着不可忽视的影响,为研究瓦斯渗流过程孔隙流体压力变化规律,对国内某地煤层气开采工程进行流固耦合数值模拟分析,通过应力场和渗流场耦合比较计算分析,结果表明:考虑渗流过程孔隙压力随瓦斯排放时间增加而逐渐减小,孔隙压力随离井的距离增加逐渐增大。     

煤层瓦斯流固耦合渗流的数值模拟

将渗流力学与弹塑性力学相结合,考虑煤层瓦斯和煤体骨架之间的相互作用,建立了煤层瓦斯运移的数学模型,并给出其数值解。对煤层瓦斯渗流方程和煤体变形场方程分别进行离散,得到其相应的泛函方程。根据有限元法原理推出其耦合求解方法,最后进行了实例计算,证明所建立了理论是正确的。     

露天矿山边坡岩体疏干排水数值模拟分析

本文论述了边界单元法处理渗流问题的计算原理，针对露天矿山边坡裂隙岩体的汉透性，描述了各向异性岩体地下水在排水孔疏干过程中的渗流场分布及动态特征，     

司家营铁矿阶段充填法开采流固耦合数值模拟

为了开展司家营铁矿南区充填法采矿的可行性论证以及开采设计参数优化,通过渗流-应力耦合数值正交试验,建立了南区开采的优化模型,揭示地下开采对地表岩移和渗流场的影响。计算结果表明:采用充填法采矿,不会产生地面塌陷;开采过程中围岩中的水会向采空区涌出,主要集中在第一阶段和第二阶段的采场当中,可能产生危险,应提早防范。     

浅埋煤层开采岩移特征与渗水机理分析

应用东北大学岩石破裂与失稳研究中心开发的岩石破裂过程渗流与损伤耦合作用分析系统（F—RFPA2D），以大柳塔煤矿一工作面为例，建立地质力学模型，再现了浅埋煤层采动后其上覆岩体破坏的动态发展过程，揭示了采场硕板的破断、上覆岩层来压及采场推进过程中煤壁支承压力、地表下沉的变化等规律。特别是直观地得到了采动条件下岩层裂隙发展、贯通引起的渗水过程。模拟研究结果和现场实际观测到的结果基本吻合。对于促进西部煤田的高效安全开采具有重要意义。