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3. thermo-hydro-mechanical-migratory coupling model and FEM analyses for dual-porosity medium

Science china(Technological sciences) 2010年第8期53卷 2172-2182页

作者： zhang yujun 1&zhang weiqing 2 1.state key laboratory of geomechanics and geotechnical engineering,institute of rock and soil mechanics, Chinese academy of {3.,wuhan 43.071,china 2School of Civil engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 61003.,china 1. state key laboratory of {3. and geotechnical engineering Institute of Rock and Soil Mechanics Chinese Academy of Sciences Wuhan 430071 China2. School of Civil Engineering Southwest Jiaotong University Chengdu 610031 China

One kind of 3. coupled thermo-hydro-mechanical-migratory model for saturated-unsaturated dual-porosity medium was established,in which the stress field and the temperature field are single,but the seepage field and the concentration field are double,and the influences of sets,spaces,angles,continuity ratios,stiffness of fractures on the constitutive relationship of the medium can be *** relative three-dimensional program of finite element method was also *** comparing with the existing computation example,reliability of the model and the program were *** a hypothetical nuclear waste repository as a calculation example,the radioactive nuclide leak was simulated numerically with both the rock mass and the buffer being unsaturated media,and the temperatures,negative pore pressures,flow velocities,nuclide concentrations and normal stresses in the rock mass were *** results showed that the temperatures,negative pore pressures and nuclide concentrations in the buffer all present nonlinear changes and distributions that even though the saturation degree in porosity is only about 1/9 of that in fracture,the flow velocity of underground water in fracture is about 6 times of that in porosity because the permeability coefficient of fracture is almost four orders higher than that of porosity,and that the regions of stress concentration occur at the vicinity of two sides of the boundary between buffer and disposal pit wall.

关键词： dual-porosity medium thermo-hydro-mechanical-migratory coupling three-dimensional model FEM analysis

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FEM analyses for influences of stress corrosion and pressure solution on THM coupling in dual-porosity rock mass

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Science china(Technological sciences) 2011年第7期54卷 1748-1756页

作者： zhang yujun zhang {3. YANG ChaoShuai state key laboratory of {3. and geotechnical engineering Institute of Rock and Soil Mechanics Chinese Academy of Sciences Wuhan 430071 China School of Civil engineering Southwest Jiaotong University Chengdu 610031 China

With the models of stress corrosion and pressure solution, by Yasuhara et al., two computation conditions were designed for a hypothetical nuclear waste repository in an unsaturated dual-porosity rock mass: (i) the fracture apertures are changed with the stress corrosion and pressure solution (the porosity of rock matrix is also a function of stress); (ii) the fracture apertures and the porosity of rock matrix are constants. Then the corresponding two-dimensional FEM analyses for the coupled thermohydro-mechanical processes were carried out, and the {3.s of temperatures, rates and magnitudes of aperture closure, pore pressures, flow velocities and stresses in the rock mass were investigated. The results show the followings: The aperture closure rates caused by stress corrosion are almost six orders higher than those caused by pressure solution, and the two kinds of closure rates climb up, then decline, furthermore tend towards stability; the fracture apertures decrease from the original value and tend towards the residual value, and the contact-area ratios of asperities increase also from the original value and tend towards the nominal value; when the effects of stress corrosion and pressure solution are considered, the negative fracture pressures in near field rise very highly; the differences between the magnitudes and distributions of stresses within the rock mass in two calculation cases are very small.

关键词： stress corrosion pressure solution dual-porosity medium thermo-hydro-mechanical coupling FEM analysis

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FEM ANALYSIS FOR INFLUENCES OF A FAULT ON COUPLED T-H-M-M PROCESS IN DUAL-POROSITY rock MASS

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Acta Mechanica Solida Sinica 2012年第6期25卷 651-662页

作者： yujun zhang Chaoshuai Yang Gang Xu state key laboratory of {3. and geotechnical engineering Institute of Rock and Soil Mechanics The Chinese Academy of Sciences Technology Centre China Railway Tunnel Group Co. Ltd

For the case in which a large geological structure like fault existing within the surrounding rock mass in the near field of a repository for high-level radioactive nuclear waste, one kind of coupled thermo-hydro-mechanical-migratory model of dual-porosity medium for saturated- unsaturated ubiquitous-joint rock mass was established. In the present model, the seepage field and the concentration field are double, but the stress field and the temperature field are single, and the influences of sets, spaces, angles, continuity ratios, stiffness of fractures on the constitutive relationship of the medium can be considered. At the same time, a two-dimensional program of finite element method was developed. Taking a hypothetical nuclear waste repository located at a rock mass being unsaturated dual-porosity medium as a calculation example, the FEM analysis for thermo-hydro-mechanical-migratory coupling were carried out under the condition of radioac- tive nuclide leaking for the cases with and without a fault, and the temperatures, pore pressures, flow velocities, nuclide concentrations and principal stresses in the rock mass were investigated. The results show that the fracture water in the fault flows is basically along the fault direction, and its flow velocity is almost three orders of magnitude higher than that of fracture water in rock mass; the nuclide concentration in the fault is also much higher than that without fault, and the nuclides move along the fault faster; moreover, the fault has obvious influences on the pore pressures and the principal stresses in the rock mass.

关键词： fault dual-porosity medium thermo-hydro-mechanical-migratory coupling FEManalysis

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锚固的双重孔隙–裂隙岩体流变模型及其地下洞室二维有限元分析

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岩石力学与工程学报 2018年第A1期37卷 3300-3309页

作者：张玉军张维庆中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中铁隧道勘测设计院有限公司天津300133

针对所提出的双重孔隙–裂隙介质西原流变模型,建立相应的锚固体模型,给出将锚杆材料的弹性模量、抗剪强度等效均化到锚固体中的数学表达式。模拟一个假定的矩形地下洞室,就毛洞、使用不同厚度的锚固单元和杆单元的工况,进行二维有限元... 详细信息

针对所提出的双重孔隙–裂隙介质西原流变模型,建立相应的锚固体模型,给出将锚杆材料的弹性模量、抗剪强度等效均化到锚固体中的数学表达式。模拟一个假定的矩形地下洞室,就毛洞、使用不同厚度的锚固单元和杆单元的工况,进行二维有限元计算,分析、对比围岩中的位移、应力及塑性区。其结果显示:系统锚杆对洞周位移有一定约束作用,但不与其长度成正比,与杆单元相比锚固单元对位移的约束作用要明显;锚固区有明显的应力集中现象,而随锚杆长度的增加围岩中应力分布及量值也有一定的变化;系统锚杆使得围岩中的塑性区明显减小,但其作用也不与其长度成正比;而对同样长度锚杆分别使用锚固单元和杆单元时,所得的塑性区面积接近,但分布形状有所不同。

关键词：数值分析双重孔隙–裂隙岩体黏弹塑性锚固体模型地下洞室有限元分析

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滨海软弱地层深基坑扩大头锚索受力变形特性

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土工基础 2024年第1期38卷 14-19页

作者：刘凯李文辉耿林张文斌孙伟青袁敬强青岛地质工程勘察院(青岛地质勘查开发局) 山东青岛266000 青岛地矿岩土工程有限公司山东青岛266000 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室武汉430071

针对滨海地区回填土及淤泥质土等软弱地层基坑支护技术难题,采用高压旋喷扩大头锚索、普通预应力锚索及钻孔灌注桩对深基坑工程进行支护。在扩大头锚索施工过程中,采用套管跟进钻孔穿越易塌孔段、钻孔与锚索安装同步施工、钻孔注浆与高... 详细信息

针对滨海地区回填土及淤泥质土等软弱地层基坑支护技术难题,采用高压旋喷扩大头锚索、普通预应力锚索及钻孔灌注桩对深基坑工程进行支护。在扩大头锚索施工过程中,采用套管跟进钻孔穿越易塌孔段、钻孔与锚索安装同步施工、钻孔注浆与高压旋喷注浆一体化施工等工艺,有效解决了滨海软弱地层钻孔坍塌及锚固力不足的难题。在此基础上,开展了锚索承载能力验收试验,试验表明高压旋喷扩大头锚索在滨海软弱土层中能够提供足够的拉拔荷载。同时,对验收试验中出现的锚索伸长量值小于自由段理论伸长量值的现象进行了讨论分析,指出锚索自由段摩阻力偏大、自由段注浆体的锚固约束、锚头位置局部摩阻与嵌固作用是导致锚索拉拔伸长量值偏小的主要原因,并提出了相应的改进方法。

关键词：深基坑高压旋喷扩大头锚索滨海软弱地层验收试验受力变形特性

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双重介质中洞室周边切向应力的各向异性解

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地下空间与工程学报 2017年第5期13卷 1173-1179页

作者：张玉军张思渊中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室武汉430071

为快速、批量地进行参数敏感性研究,基于各向异性弹性力学的理论,将具有两组正交节理的双重孔隙-裂隙介质简化为平面正交各向异性无限域,建立了相应的物理方程,得出此无限域中圆形洞室周边切向应力的弹性解析公式。对节理、基岩的几何... 详细信息

为快速、批量地进行参数敏感性研究,基于各向异性弹性力学的理论,将具有两组正交节理的双重孔隙-裂隙介质简化为平面正交各向异性无限域,建立了相应的物理方程,得出此无限域中圆形洞室周边切向应力的弹性解析公式。对节理、基岩的几何及弹性常数、侧压力系数、边界荷载作用方向角等因素的应力敏感性进行了分析。其结果表明:节理的间距及刚度、基岩弹性常数的变化对洞周切向应力的影响不大;而侧压力系数、边界荷载作用方向对洞周切向应力的分布及量值有显著的作用;在边界荷载作用方向为某个角度时应力波峰和波谷的差值最大,这意味着此时洞室的稳定性最差。

关键词：双重孔隙-裂隙介质正交各向异性圆形洞室切向应力解析解

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微观结合水“固化”黏性土渗流系数等效计算方法研究

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岩石力学与工程学报 2018年第4期37卷 1004-1010页

作者：张玉陈铁林王志芬张玉军北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044 北京市政建设集团有限责任公司第四工程处北京100079 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

针对黏性土渗流系数较难准确测定和既有经验计算方法参数获取困难、误差较大等问题,基于较为成熟的粗粒土渗流系数经验计算方法,进一步寻求较为简单准确的途径。首先总结黏性土和粗粒土渗流系数经验计算方法;然后针对黏性土,定义无效孔... 详细信息

针对黏性土渗流系数较难准确测定和既有经验计算方法参数获取困难、误差较大等问题,基于较为成熟的粗粒土渗流系数经验计算方法,进一步寻求较为简单准确的途径。首先总结黏性土和粗粒土渗流系数经验计算方法;然后针对黏性土,定义无效孔隙和有效孔隙,按照微观结合水"固化"的等效原则将黏性土等效成粗粒土,并引入参数"等效孔隙比",得出黏性土渗流系数等效计算方法;最后,阐释液塑限综合法测定无效孔隙体积的原理,并通过三组算例评价黏性土渗流系数等效计算方法的准确性。结果表明:(1)计算方法中引入"等效孔隙比"实现了黏性土和粗粒土渗流系数计算的统一;(2)土体微观结合水含量的最大值约为液限的0.9倍;(3.黏性土Mesri方程,以及粗粒土太沙基、柯森–卡门渗流系数等效的计算方法所得结果和实测值最为接近,适用于黏性土渗流系数的计算。

关键词：土力学黏性土渗流系数结合水无效孔隙等效孔隙比

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湖北省地质灾害发育环境和防治区划现状研究

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灾害学 2018年第3期33卷 37-42页

作者：张玉陈铁林任伟中张玉军北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

针对湖北省地质灾害"点多线长面广体大",以及种类多、频率高、灾情重、汛期突、防治难等特点,首先基于"工程地圈系统",从地形地貌、地层岩性、工程活动、大气降雨和自然灾害等方面分区描述其地质环境。然后从整体上给出其存在的地质灾... 详细信息

针对湖北省地质灾害"点多线长面广体大",以及种类多、频率高、灾情重、汛期突、防治难等特点,首先基于"工程地圈系统",从地形地貌、地层岩性、工程活动、大气降雨和自然灾害等方面分区描述其地质环境。然后从整体上给出其存在的地质灾害风险,包括地质灾害类型、数量和分布。最后,通过定性和定量形式对比解释易发程度分区和防治区划分现状等。结果表明:(1)工程活动对地质灾害的影响很大。鄂西山区以公路切坡和水库蓄水为主,易发生以滑坡、崩塌和泥石流为主的地质灾害。鄂东南低山丘陵区以资源开采和地下水抽采为主,易发生以塌陷和沉陷为主的地质灾害。它们均属高-中易发区和重点防治区。(2)湖北省地质灾害高-中易发区占全省国土面积的49.42%。鄂西山区占全省国土面积约40%,人口占总人口约20%,而地质灾害占全省的80.0%以上。因此,鄂西山区是湖北省地质灾害最大集中区,对其发育特征和治理设计进行研究具有重要意义。

关键词：地质灾害地质环境发育风险防治区划

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