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热-水-应力耦合弹塑性二维有限元程序的开发与应用尝试

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岩土力学 2005年第2期26卷 169-174页

作者：张玉军中国科学院武汉岩土力学研究所湖北武汉430071

从已有的应力平衡方程、水连续性方程、能量守恒方程和弹塑性矩阵入手,使用 Galerkin 方法将各控制方程分别在空间域和时间域进行离散,初步开发出了一个用于分析饱和岩土介质中热-水-应力耦合弹塑性问题的二维有限元程序,并通过 2 个算... 详细信息

从已有的应力平衡方程、水连续性方程、能量守恒方程和弹塑性矩阵入手,使用 Galerkin 方法将各控制方程分别在空间域和时间域进行离散,初步开发出了一个用于分析饱和岩土介质中热-水-应力耦合弹塑性问题的二维有限元程序,并通过 2 个算例进行了应用尝试。

关键词：热-水-应力耦合弹塑性分析二维有限元程序

压力溶解对颗粒聚集岩体中热-水-应力耦合影响的数值模拟

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岩土力学 2014年第5期35卷 1461-1469页

作者：张玉军杨朝帅徐刚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

在自主研制的孔隙介质热-水-应力耦合有限元程序中引入Taron等提出的颗粒聚集体的压力溶解模型，针对一个假设的实验室尺度且位于非饱和石英颗粒聚集岩体中的高放废物地质处置模型，拟定两种计算工况：（1）孔隙率和渗透系数是压力溶解... 详细信息

在自主研制的孔隙介质热-水-应力耦合有限元程序中引入Taron等提出的颗粒聚集体的压力溶解模型，针对一个假设的实验室尺度且位于非饱和石英颗粒聚集岩体中的高放废物地质处置模型，拟定两种计算工况：（1）孔隙率和渗透系数是压力溶解的函数；（2）孔隙率和渗透系数均为常数，进行4a处置时段的数值模拟，考察了岩体中的温度、颗粒界面水膜及孔隙中的溶质浓度、迁移和沉淀质量、孔隙率及渗透系数、孔隙水压力、地下水流速和应力的变化、分布情况。研究结果表明：工况1计算终了时，压力溶解使得孔隙率和渗透系数分别下降到初始值的43％-54％、4．4％～9．1％。在核废料释热温度场的作用下，工况1、2中的负孔隙水压力分别为初始值的1．00～1．25倍、1．00～1．10倍，前者表现了压力溶解的明显影响；两种工况的岩体中的应力量值及分布基本相同。

关键词：压力溶解颗粒聚集岩体热-水-应力耦合数值模拟

压力溶解对颗粒聚集岩体中热-水-应力耦合作用的弹塑性有限元分析

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岩土力学 2016年第6期37卷 1781-1790页

作者：周英博张玉军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

将Taron等提出的颗粒聚集体的压力溶解模型引入笔者所研制的孔隙介质热-水-应力耦合有限元程序中,并使用摩尔-库仑准则,针对一个假设的实验室尺度且位于饱和石英颗粒聚集岩体中的高放废物地质处置库模型,拟定弹性分析和弹塑性分析两种... 详细信息

将Taron等提出的颗粒聚集体的压力溶解模型引入笔者所研制的孔隙介质热-水-应力耦合有限元程序中,并使用摩尔-库仑准则,针对一个假设的实验室尺度且位于饱和石英颗粒聚集岩体中的高放废物地质处置库模型,拟定弹性分析和弹塑性分析两种计算工况,进行4 a处置时段的数值模拟,考察了岩体中的温度、颗粒界面水膜及孔隙中的溶质浓度、迁移和沉淀质量、孔隙率及渗透系数、孔隙水压力、地下水流速和应力及塑性区的变化、分布情况。结果主要显示:弹塑性分析中由于应力调整和增大了分子扩散系数,使得塑性区的颗粒介质的溶解、迁移和沉淀有明显的变化,并对渗流场(孔隙水压力及流速)和应力场产生显著的影响。但两种工况弹性区中的颗粒介质的溶解、迁移和沉淀差别较小。

关键词：压力溶解颗粒聚集岩体弹塑性模型热-水-应力耦合有限元分析

裂隙刚度随应力变化对双重孔隙介质热-水-应力耦合影响的有限元分析

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岩土力学 2012年第11期33卷 3426-3432页

作者：张玉军徐刚杨朝帅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

引入并修正了变刚度的连续屈服节理模型,同时考虑应力拉压和压力(化学)溶解对裂隙开度的综合影响,对所建立的双重孔隙-裂隙介质热-水-应力耦合有限元计算程序作了改进。通过一个假定的高放废物地质处置库的数值模拟,就岩体裂隙刚度变化... 详细信息

引入并修正了变刚度的连续屈服节理模型,同时考虑应力拉压和压力(化学)溶解对裂隙开度的综合影响,对所建立的双重孔隙-裂隙介质热-水-应力耦合有限元计算程序作了改进。通过一个假定的高放废物地质处置库的数值模拟,就岩体裂隙刚度变化的2种工况,分析了岩体中的温度、裂隙刚度、正应力、孔(裂)隙水压力和地下水流速的变化、分布情况。结果显示:与裂隙刚度是常数时相比,裂隙刚度是法向应力的函数时计算域中温度较低;岩体应力的大小也有一定不同,其分布与裂隙刚度"场"有明显的相似性;并且负孔(裂)隙水压力的绝对值要略小一点,约是常数时的98%。

关键词：双重孔隙介质连续屈服节理模型热-水-应力耦合有限元分析

渗透系数对渗流速度影响的热-水-应力耦合二维有限元分析

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岩土力学 2007年第7期28卷 1292-1298页

作者：张玉军中国科学院武汉岩土力学研究所武汉430071

使用建立的饱和-非饱和介质中热-水-应力耦合弹塑性模型,取一组真实的缓冲材料、岩体及贮存容器(用加热器代替)的物理力学指标作为基本计算条件,以一个假想的核废料处置库为模拟对象,就高、中、低3种渗透系数进行了二维有限元数值分析,... 详细信息

使用建立的饱和-非饱和介质中热-水-应力耦合弹塑性模型,取一组真实的缓冲材料、岩体及贮存容器(用加热器代替)的物理力学指标作为基本计算条件,以一个假想的核废料处置库为模拟对象,就高、中、低3种渗透系数进行了二维有限元数值分析,考察了近场的渗流速度大小及方向的变化,认识到:在其他计算参数相同的条件下,缓冲材料的渗透系数越高,近场的渗流速度越大,缓冲层达到饱和状态也越快;当缓冲层达到饱和状态后,如果玻璃固化体继续放热,有可能使得近场的温度梯度的作用强于水力梯度的作用,导致渗流速度方向发生逆转,即水分由内向外迁移;依渗透系数不同,其渗流速度的大小、方向有显著差异,这也势必引起放射性核素随地下水流动扩散的复杂多变。

关键词：核废料处置热-水-应力耦合渗流速度透系数二维有限元分析

核废物地质处置模型试验近场热-水-应力耦合数值模拟

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岩土力学 2007年第12期28卷 2489-2494页

作者：张玉军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

笔者描述了所建立的饱和—非饱和介质中热-水-应力耦合现象的控制方程。针对国际合作项目DECOVALEX II中Task-2的核废物地质处置轴对称模型试验及计算参数,使用所研制的有限元程序进行了热-水-应力耦合过程模拟。对缓冲层及岩体中若干... 详细信息

笔者描述了所建立的饱和—非饱和介质中热-水-应力耦合现象的控制方程。针对国际合作项目DECOVALEX II中Task-2的核废物地质处置轴对称模型试验及计算参数,使用所研制的有限元程序进行了热-水-应力耦合过程模拟。对缓冲层及岩体中若干部位的温度、含水量及接触应力的分布、变化进行了分析,并将其与量测值和使用THAMES程序的计算结果作了比较,看到了三者的异、同之处,并指出了可能的影响原因。通过与量测值和THAMES程序的计算结果的对比,显示了笔者所研制的有限元程序在热-水-应力耦合数值分析中是可靠和实用的。

关键词：岩土力学核废物地质处置 Task-2模型试验热-水-应力耦合数值模拟

裂隙剪胀效应对双重孔隙介质热-水-应力耦合现象影响的有限元分析

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岩土力学 2011年第5期32卷 1513-1522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武汉430071 西南交通大学土木工程学院成都610031

为了探讨在法向应力和剪应力的共同作用下裂隙开度的变化对于耦合的温度场、渗流场和应力场的作用,引入裂隙的渗透系数与开度关系的"立方定律",建立了裂隙渗透系数演化式。应用开发的遍有节理岩体双重孔隙-裂隙介质热-水-应力耦合二维... 详细信息

为了探讨在法向应力和剪应力的共同作用下裂隙开度的变化对于耦合的温度场、渗流场和应力场的作用,引入裂隙的渗透系数与开度关系的"立方定律",建立了裂隙渗透系数演化式。应用开发的遍有节理岩体双重孔隙-裂隙介质热-水-应力耦合二维有限元程序,以一个假定的位于非饱和地层中的高放废物地质处置库为算例,分别在2组裂隙斜交和正交的条件下,针对与裂隙开度3种计算方式对应的6种工况进行了数值分析,考察了围岩中的温度、孔隙和裂隙水压力、裂隙开度、裂隙的渗透系数、地下水流速、应力的变化、分布状态。结果显示,当裂隙开度仅取决于法向应力时,裂隙开度受压应力作用产生的闭合量最大,从而裂隙水压力最高;而当裂隙开度是法向应力和剪切位移的函数时,由于"剪胀"效应,裂隙开度闭合量较前述情况为小,裂隙水压力居中;而当裂隙开度是常数时,裂隙水压力最低。

关键词：裂隙剪胀双重孔隙介质热-水-应力耦合有限元分析

裂隙开度的压力溶解对双重孔隙介质热-水-应力耦合影响的有限元分析

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岩土力学 2010年第4期31卷 1269-1275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武汉430071 西南交通大学土木工程学院成都610031

为了考虑应力拉压和压力(化学)溶解对裂隙开度的综合影响,对所建立的双重孔隙-裂隙介质热-水-应力耦合模型中裂隙开度的计算模型作了改进。通过一个假定的高放废物地质处置库算例,就岩体裂隙开度变化的3种工况,分析了岩体中的温度、孔(... 详细信息

为了考虑应力拉压和压力(化学)溶解对裂隙开度的综合影响,对所建立的双重孔隙-裂隙介质热-水-应力耦合模型中裂隙开度的计算模型作了改进。通过一个假定的高放废物地质处置库算例,就岩体裂隙开度变化的3种工况,分析了岩体中的温度、孔(裂)隙水压力、地下水流速和主应力的变化、分布情况。结果显示:3种工况的计算域中温度场基本相同;孔(裂)隙水渗流场形态相似,但其量值有一定差别;工况1的裂隙开度在应力和压力(化学)溶解的共同作用下闭合量最大,负孔(裂)隙水压力增值最高;核废物的释热效应明显地改变了岩体自重应力场的水平分量,但对其垂直分量影响较小。

关键词：双重孔隙-裂隙介质裂隙开度压力溶解热-水-应力耦合有限元分析

裂隙贯通率对双重孔隙介质热-水-应力耦合现象影响的有限元分析

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岩土力学 2011年第12期32卷 3743-3750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武汉430071 西南交通大学土木工程学院成都610031

为探讨裂隙的贯通率对于耦合的温度场、渗流场和应力场的作用,应用所建立的遍有节理岩体双重孔隙-裂隙介质热-水-应力耦合模型,以一个假定的位于非饱和地层中的高放废物地质处置库为算例,针对裂隙和孔隙的贯通率不同的4种工况进行了二... 详细信息

为探讨裂隙的贯通率对于耦合的温度场、渗流场和应力场的作用,应用所建立的遍有节理岩体双重孔隙-裂隙介质热-水-应力耦合模型,以一个假定的位于非饱和地层中的高放废物地质处置库为算例,针对裂隙和孔隙的贯通率不同的4种工况进行了二维有限元数值分析,考察了围岩中的温度、负的孔隙和裂隙水压力、地下水流速、孔隙及裂隙的渗透系数修正因子和应力的变化、分布情况。结果显示,由于裂隙贯通率的差异使得双重介质的刚度不同,引起岩体中应力状态及水平的改变,从而影响到孔隙、裂隙的孔隙率及渗透系数的量值,并导致孔隙水和裂隙水的压力大小、分布以及水流速度的变化。

关键词：裂隙贯通率双重孔隙-裂隙介质热-水-应力耦合有限元分析