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基于多場耦合模型的地下充填方法及其應用

2490   編輯:中冶有色網   來源:四川大學  
2022-02-15 16:36:55
權利要求 1.基于多場耦合模型的地下充填方法,其特征在于:包括構建充填體的三維溫度-滲流-力學-化學耦合模型;其中,所述耦合模型的化學場由充填體中的成分與水的水化反應產生,且所述耦合模型基于耦合場的力學平衡條件、物質守恒條件、能量守恒條件和化學反應條件構建,其中,所述力學平衡條件通過如下的力學平衡模型獲得: σ=σ'-αpδij(2), σ'=D(ε-εP)-Kdβs(T-T0)δij(3), 其中,▽表示梯度算子,σ表示總應力張量,n表示孔隙度,ρs、ρw和ρg分別表示固體顆粒、孔隙水和孔隙氣體的真實密度,S表示水的飽和度,g表示重力加速度,σ’表示充填體受到的有效應力張量,p=Spw+(1-S)pg表示充填體受到的平均孔隙壓力,pw和pg分別表示孔隙水壓力和孔隙氣壓力,α=1-Kd/Ks表示Biot系數,Kd和Ks分別表示固體骨架和固體顆粒的體積模量,δij表示單位矩陣,D表示充填體的彈性張量,ε和εp分別表示充填體產生的總應變和其塑性應變張量,T和T0分別表示充填體當前溫度和初始溫度,βs表示充填體的固體體積熱膨脹系數; 所述物質守恒條件通過如下的固相物質守恒模型、液相物質守恒模型及氣相物質守恒模型獲得: S=θ/n, π=w或π=g, k=Kμπ/ρπg,π=w或π=g, ms=(ns–1)/ns, 其中,n表示充填體的孔隙度,t表示充填后的時間,εv表示充填體的體積應變,εd表示充填體經水化反應生成的固態水的體積,表示εd的生成速率,Kw表示液體的體積模量,βw表示液體的體積熱膨脹系數,pc=pg-pw表示充填體中的孔隙毛細吸力,vrw表示孔隙液體的流速,εsh表示充填體中化學反應消耗的液態水體積,表示εsh的消耗速率,Mg表示氣相的相對分子質量,R表示氣體常數,vrg表示孔隙氣體流速,S表示飽和度,θ表示水的體積百分比,θs表示飽和含水量,θr表示殘余含水量,αs與ns為表征充填體持水能力的參數,μπ表示動態粘滯系數,k表示充填體骨架的真實滲透系數,K表示導水系數,krw(Seff)、krg(Seff)表示其在孔隙液體、孔隙氣體上的相對滲透系數,Seff表示有效飽和度; 所述能量守恒條件通過如下的能量守恒模型獲得:
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