深部开采工程中渗流-损伤-应力耦合模型

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双重介质渗流-应力耦合模型及其在裂隙岩体边坡中的应用

双重介质渗流-应力耦合模型及其在裂隙岩体边坡中的应用1. 走进双重介质渗流的世界说到“渗流”，大家可能会想起水在土壤里慢慢渗透的样子。

没错，渗流就是这样一个充满神秘感的过程。

但当我们说“双重介质渗流”时，事情就有点复杂了。

这里的“双重介质”指的是岩土体中不仅有土壤，还有裂隙，这些裂隙就像土壤中的小小通道一样，水在其中流动时的行为可能与土壤中的水流完全不同。

这就像你在喝一杯混合了大块冰块和水的饮料时，冰块的阻挡让水流变得不那么顺畅了。

1.1 双重介质渗流模型的基本概念双重介质渗流模型的核心就是要搞清楚水在这两种介质中怎么流动。

你可以想象成在一个糖果盒子里，一部分糖果是大的，一部分是小的。

水流通过大糖果和小糖果的速度是不同的，这就好比我们的模型要分开考虑这两种介质的渗透性。

大糖果代表裂隙，流速快；小糖果代表土壤，流速慢。

通过数学公式，我们可以更准确地预测水流的路径和速度。

1.2 应力耦合的有趣之处当我们把“应力”引入到模型中，事情就更加有趣了。

想象一下，你在摔跤时，不只是地面有力量对你施压，你的身体也会对地面施加反作用力。

在岩土体中也是这样，地壳的应力会影响裂隙中的水流，而水流的变化又会改变岩石的应力分布。

这种相互作用就叫做“应力耦合”。

在我们的模型里，把这两个因素结合起来考虑，可以更准确地预测裂隙岩体的行为。

2. 双重介质渗流模型在裂隙岩体边坡中的应用。

裂隙岩体边坡，听起来是不是有点让人打寒战的感觉？这其实就是山坡上那些因为裂隙和应力而变得不稳定的地方。

双重介质渗流模型在这里的作用，就像是给这些山坡上的问题找到了一个有力的解决方案。

2.1 裂隙岩体的复杂性裂隙岩体的复杂性在于它们的结构不是简单的固体，而是充满了各种各样的裂缝。

这些裂缝就像是岩石中的小小秘密通道，水流通过这些通道时，可能会引发边坡的滑坡或崩塌。

模型可以帮助我们分析这些裂隙如何影响水流和应力，从而预测可能的滑坡区域。

简单来说，模型就是我们用来“窥探”这些秘密通道的工具。

混凝土破裂过程渗流-应力-损伤耦合模型

引言
在混凝土大坝和水工混凝土结构中，裂缝是主要病害隐患之一。裂缝的存在，轻则影响水工混凝土结构的美观和完整性，重则降低水工混凝土结构的寿命，危害水工混凝土结构的安全运行，造成水工混凝土结构的渗水漏水，降低使用的稳定安全系数。因此，对于水工混凝土结构中出现的裂缝，
ＺＨＡＮＧｎＭＥＮＧｎＹｏｇ，Ｄａ２
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深部开采多场耦合含瓦斯煤宏细微损伤机理及裂隙动态演化规律

深部开采多场耦合含瓦斯煤宏细微损伤机理及裂隙动态演化规律一、引言深部煤矿开采过程中，瓦斯爆炸和煤层突出等事故频发，严重威胁着人们的生命财产安全。

因此，深入了解深部开采多场耦合含瓦斯煤宏细微损伤机理及裂隙动态演化规律对于提高安全生产水平具有重要意义。

二、多场耦合含瓦斯煤宏细微损伤机理1. 瓦斯运移与扩散规律当地应力场的变化会导致孔隙压力的变化，从而影响瓦斯运移与扩散规律。

此外，岩层渗透率、孔隙度等参数也会影响瓦斯运移与扩散规律。

2. 煤体损伤演化规律在深部开采过程中，应力场的变化会导致岩体内部出现裂纹和断裂带。

这些裂缝和断裂带会进一步加剧岩体的损伤演化。

3. 煤与岩体相互作用机理在深部开采过程中，不同类型的岩石会相互作用，从而导致煤体的损伤和变形。

例如，煤与围岩之间的摩擦力会影响煤体的变形和裂纹扩展。

三、裂隙动态演化规律1. 裂隙扩展机理在深部开采过程中，应力场的变化会导致岩体内部出现裂纹和断裂带。

这些裂缝和断裂带会进一步加剧岩体的损伤演化，从而影响裂隙扩展机理。

2. 裂隙闭合机理当应力场发生变化时，岩层内部的孔隙压力也会发生变化。

这种压力变化会影响孔隙中气体和液体的运移与扩散规律，从而影响裂隙闭合机理。

3. 裂隙演化模拟方法利用数值模拟方法可以对深部开采过程中裂隙演化进行模拟和预测。

常用的数值模拟方法包括有限元法、离散元法等。

四、结论与展望通过对深部开采多场耦合含瓦斯煤宏细微损伤机理及裂隙动态演化规律的研究，可以更好地预测和控制深部开采过程中的安全风险。

未来，需要结合实际工程情况进一步完善相关理论和技术方法，为深部煤矿开采提供更加可靠的安全保障。

裂隙岩体渗流应力耦合状态下裂纹扩展机制及其模型研究

此外，裂隙岩体应力-损伤-渗流耦合理论还可以应用于岩体环境保护和灾害防治等领域。例如，在核废料处理中，该理论可以帮助评估岩体的长期稳定性；在地质灾害防治中，该理论可以预测和控制岩体的变形和破坏行为。
总结与展望
本次演示对裂隙岩体应力-损伤-渗流耦合理论进行了详细的介绍、分析和应用。通过理论分析、实验研究和工程应用，验证了该理论在裂隙岩体研究中的重要性和有效性。该理论的应用有助于深入了解裂隙岩体的力学和渗流特性，为相关领域的工程实践提供有益的参考。
二、多重裂隙网络模型
多重裂隙网络模型是一种新的数值模型，它考虑了岩体内部复杂的裂隙网络和多孔介质性质。这个模型通过建立一个细致的裂隙网络，模拟了岩体内部应力场和渗流场的交互作用。
首先，该模型基于真实的岩体结构，通过图像处理和计算机视觉技术，从实验或实际工程中获取的岩体图像中提取出裂隙网络。然后，通过有限元方法，该模型能够在数值模拟中反映这些裂隙的真实分布和性质。
研究方法
本次演示采用实验研究和数值模拟相结合的方法，对裂隙岩体在渗流应力耦合状态下的裂纹扩展机制进行探讨。首先，设计一组室内实验，制备具有不同裂缝特征的裂隙岩体试件，通过对其加卸载和渗流监测，研究其应力应变关系和裂缝扩展特征。然后，利用数值模拟方法，建立裂隙岩体三维模型，模拟其在渗流应力作用下的行为，对实验结果进行验证和分析。
实验结果与分析
通过实验研究，发现裂隙岩体在渗流应力耦合作用下，其裂缝扩展具有以下特征：首先，裂缝扩展方向与渗流方向一致；其次，裂缝扩展速率与渗流应力成正比；最后，裂缝扩展过程中伴随着渗流速率的增加。
模型建立与验证
基于实验结果，本次演示提出一个裂纹扩展的数学模型。该模型考虑了渗流应力、裂缝面粗糙度和岩石弹性模量等因素，能够描述裂纹扩展的方向、速率以及渗流速率的变化。通过将该模型应用于数值模拟，发现模拟结果与实验结果基本一致，从而验证了模型的准确性和实用性。

深埋隧洞渗流与应力耦合分析

力（力和面力）体产生的虚功相等，即
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式中，为面力，ｔ，为体力；抛分别为虚位移和虚应＆、
变．
Ｉｄｄ＝０口Ｖ＋Ｉ百Ｓ：６＝
２０９）１０８
摘要：富水区深埋隧洞工程，在建设过程中面临着与浅部隧洞明显不同的岩石力学问题，水压力高
和高地应力是这类工程遇到的两大难题．下水的渗流一方面对地下洞室的排水及周围地下水位地有很大影响，一方面地下水渗流对洞室围岩的力学、另物理和化学性能产生影响．以有效应力原理为基础，应用渗透系数和孔隙度随体积应变改变而改变的动态演化模型，过ＡＢ通ＡＱＵＳ提供的接口，制了用户子程序，而实现了渗流与应力完全耦合，析了渗流场与应力场的相互影响程编从分
函数；ｇ为重力加速度矢量；ｎ为孔隙度；为水的体ｋ
积模量．
１３有限元方程的离散．定义形函数
Ｕ— Ｎ
ｅ— Ｂ
Ｐ一Ｎ
（）４
方法的研究也开展了大量卓有成效的工作，当前的研
究成果虽然很丰富，在工程实际应用上由于一些计但算规模和岩体实际条件所限还受到限制．文以高水本位富水区隧道围岩为研究对象，以有效应力原理为基础，用渗透系数和孔隙度随体积应变改变而改变的应动态演化模型，现了渗流与应力完全耦合，析了实分渗流场与应力场的相互影响程度，给工程实际的渗流

《2024年裂隙岩体渗流—损伤—断裂耦合理论及应用研究》范文

《裂隙岩体渗流—损伤—断裂耦合理论及应用研究》篇一裂隙岩体渗流-损伤-断裂耦合理论及应用研究摘要：本文旨在探讨裂隙岩体中渗流、损伤和断裂之间的耦合关系，并对其理论及应用进行深入研究。

文章首先介绍了裂隙岩体的基本特性及研究背景，然后详细阐述了渗流-损伤-断裂的耦合机制，接着分析了国内外研究现状，并给出了实际工程中的应用案例，最后总结了该研究的意义及未来研究方向。

一、引言随着能源开发、地下工程及地质灾害防治等领域的快速发展，裂隙岩体的稳定性问题愈发突出。

岩体中的渗流、损伤及断裂现象，对工程安全和环境保护具有重要意义。

裂隙岩体中渗流、损伤与断裂之间的相互作用机制十分复杂，三者的耦合关系直接关系到岩体的整体稳定性。

因此，对裂隙岩体渗流-损伤-断裂耦合理论及应用进行研究具有重要的理论价值和实际意义。

二、裂隙岩体基本特性与研究背景裂隙岩体是具有多尺度、多相性和非均匀性的地质介质。

岩体中的裂隙不仅影响岩体的渗流特性，还对岩体的强度和稳定性产生重要影响。

因此，理解裂隙岩体的基本特性及其对外部因素（如渗流、荷载等）的响应机制，是研究渗流-损伤-断裂耦合关系的基础。

三、渗流-损伤-断裂的耦合机制1. 渗流对岩体损伤与断裂的影响：岩体中的渗流会导致岩体内部应力分布的改变，进而引发或加速岩体的损伤与断裂。

2. 损伤对渗流特性的影响：岩体发生损伤后，其内部结构发生变化，导致渗流路径和渗流速度发生改变。

3. 断裂与渗流的相互影响：岩体中的断裂面往往成为渗流的通道，而渗流也会对断裂面的扩展和稳定性产生影响。

四、国内外研究现状及分析近年来，国内外学者在裂隙岩体渗流-损伤-断裂耦合关系方面取得了显著的进展。

在理论方面，建立了基于连续介质和离散介质的多尺度模型，为研究提供了理论支持。

在应用方面，已将该理论成功应用于地下工程、能源开发及地质灾害防治等领域。

然而，仍存在一些挑战和问题需要进一步研究，如模型参数的确定、复杂环境下的实验验证等。

应力–渗流耦合下深部花岗岩力学行为及破坏特征

应力–渗流耦合下深部花岗岩力学行为及破坏特征
张超;杜翠凤;宋卫东;付建新
【期刊名称】《工程科学学报》
【年(卷),期】2024(46)4
【摘要】在矿山深部开采过程中,高应力与高水压耦合作用导致岩石的力学特性演化机理更加复杂.为分析深部复杂条件下花岗岩的力学行为及破坏特征,利用低场核磁共振核技术(NMR)进行花岗岩初始孔隙率测量,借助岩石高温三轴流变系统开展应力–渗流耦合试验,引入耗能比实现花岗岩破坏过程的能量演化分析.研究结果表明:岩石的峰值强度、峰值应变随孔隙水压的增大呈线性减小且减小速率逐渐提升,随围压的增大呈线性增加且增大速率逐渐变缓;峰值渗透率随着孔隙水压的增大呈线性增大,随围压的增大呈线性减小;岩石破坏应变能表现出明显的围压效应和孔隙水压效应,峰值应力点为弹性能极值点,峰值点之后弹性能迅速转化为岩石损伤的耗散能,岩石耗能比整体呈现增大→减小→增加的“S”型变化规律;引入花岗岩初始孔隙率,将岩石视为固体骨架和孔隙两部分组成,综合考虑变形特征并构建应力–渗流耦合本构模型,与试验对比后认为该模型具有较高普适性.
【总页数】14页(P600-613)
【作者】张超;杜翠凤;宋卫东;付建新
【作者单位】北京科技大学土木与资源工程学院;金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TU45
【相关文献】
1.基于渗流-损伤-应力耦合作用下考虑力学参数弱化的巷道围岩变形破坏分析
2.正应力作用下北山花岗岩单裂隙几何特征对辐射流渗流行为的影响研究
3.高应力-渗流耦合下深部砂岩的力学行为
4.渗流应力耦合下含裂缝页岩力学特性和破坏模式研究
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深部煤体采动应力下双曲函数型渗透率模型

深部煤体采动应力下双曲函数型渗透率模型王路军;周宏伟;荣腾龙;任伟光【摘要】深部资源开采中,采动应力下煤体渗透率演化规律成为煤炭开采理论研究的热点之一.通过对煤体常规三轴渗流实验和采动应力路径下渗流实验对比分析,发现深部含瓦斯煤体在采动应力路径下其渗透率-体积应变异于常规三轴渗透实验.煤体常规三轴实验主要以三向应力加载为路径,而煤体在不断采出过程中其应力路径主要表现为特定方向加载其他方向卸荷的过程,可凝练为加轴压卸围压的应力路径,而应力-应变分析的起始点为静水压力状态,这必然引起煤体力学物理性质异于三向加载条件的行为.在采动应力条件下的渗透率-体应变空间内,以煤体体应变扩容点为界,当体应变达到扩容点后,随着体应变从压缩变形转换为膨胀变形,渗透率呈现出降低、稳态、增加的过程.为了定量地描述深部煤体渗透率在采动破坏或流变失稳过程中先减小后增大的行为,基于在体积应变空间内真实渗透网络是所有可能渗透网络中最优演化形式的假设,建立以渗透率、体积应变为变量的泛函关系,从而得出由体积应变表示的渗透率表达式.考虑深部煤体流变过程,将分数阶微积分理论推导的煤体体积蠕变方程代入渗透率函数中,得出以轴向应变为自变量的渗透率表达式.根据已有的实验数据对渗透率模型进行验证,结果表明:基于最优渗透网络得出的渗透率模型能很好地描述煤体渗透率在破坏过程中的演化规律,同时也可拟合流变过程中渗透率的变化趋势.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2019(044)003【总页数】8页(P941-948)【关键词】渗透率;双曲函数;深部煤体;采动应力;体积应变【作者】王路军;周宏伟;荣腾龙;任伟光【作者单位】中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京100083;中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TD821随着煤炭资源开采深度的增加，深部煤岩体处于高地应力、高地温、高渗透压环境中，在开采扰动的条件下，岩爆、煤与瓦斯突出、巷道难以支护等现象发生概率随之增大。

应力_损伤_渗流耦合模型及在深部煤层瓦斯卸压实践中的应用

第24卷第16期岩石力学与工程学报V ol.24 No.16 2005年8月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Aug.，2005应力–损伤–渗流耦合模型及在深部煤层瓦斯卸压实践中的应用杨天鸿1，徐涛1，刘建新1，唐世斌1，唐春安1，余启香2，石必明2(1. 东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳 110004；2. 中国矿业大学能源学院，江苏徐州 221008)摘要：根据瓦斯渗流与煤体变形的基本理论，引入煤体变形过程中应力、损伤与透气性演化的耦合作用方程，建立了含瓦斯煤岩破裂过程固气耦合作用模型。

应用该模型模拟分析了深部采动影响下瓦斯抽放过程中煤层透气性的演化和抽放孔周围瓦斯压力的变化规律，认清了开采卸压瓦斯瞬态渗流的力学机制。

模拟结果表明，采动影响使得处于其上部67 m的煤层卸压，透气系数增大了2 000多倍，卸压范围70 m左右，同现场实际观测结果比较吻合。

这对于进一步深入理解开采过程远程卸压瓦斯渗透性的演化、瓦斯抽放渗流的机制具有重要的理论和实践意义。

关键词：采矿工程；含瓦斯煤；透气性；数值模拟；应力–损伤–渗流耦合中图分类号：TU 712+.52；O242 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)16–2900–06 COUPLING MODEL OF STRESS-DAMAGE-FLOW AND ITS APPLICATION TO THE INVESTIGATION OF INSTANTANEOUS SEEPAGE MECHANISM FOR GAS DURING UNLOADING IN COAL SEAM WITH DEPTHYANG Tian-hong1，XU Tao1，LIU Jian-xin1，TANG Shi-bin1，TANG Chun-an1，YU Qi-xiang2 ，SHI Bi-ming2(1. School of Resources and Civil Engineering，Northeastern University，Shenyang110004，China；2. School of Energy，Chinese University of Mining and Technology，Xuzhou221008，China)Abstract：On the basis of basic theories of gas flow and coal deformation，the coupled gas-rock model for investigating the failure process of coal-rock is established by introducing the related equations governing the evolution of stress，damage and gas permeability along with the deformation of coal and rock. Implemented with rock failure and process analysis code (RFPA)，this model can be used to capture the evolution of gas permeability in coal seam at great depth and the distribution of gas pressure around the drilling hole，and explore the instantaneous seepage mechanism of gas flow. From the simulated results，it can be found that the coal seam，located around 67 m above the excavated seam，is under unloading state and its gas permeability dramatically increases about 2 000 times as that excavated in underlying coal seam，and the size of the unloading region is around 70 m in diameter. The simulated results are in good accordance with the in-situ results. Therefore，it is safe to say that this numerical tool is of significance in both theory and practice to investigate the evolved mechanisms of gas permeability and gas drainage.Key words：mining engineering；gaseous coal；gas permeability；numerical simulation；coupling of stress- damage-flow收稿日期：2005–03–11；修回日期：2005–04–16基金项目：国家自然科学基金重大项目(50490270)；国家自然科学基金重点项目(50134040)；国家自然科学基金资助项目(50204003，50174013)；中国博士后基金项目(2003034333)作者简介：杨天鸿(1968–)，男，博士，1991年毕业于中国矿业大学地质系水文地质专业，现任教授，主要从事岩石水力学和边坡工程方面的教学与研究工作。

基于ABAQUS基坑降水引起地面沉降的渗流——应力耦合分析

图 3 中所示为划分网格后的基坑两侧的地下连续墙模型示意图。
2. 3 相关计算参数的选取在本分析中选用修正剑桥模型，具体的土体和地
下连续墙所选用的参数根据《国家勘察规范》选取，如表 1、表 2 所示。
图 3 基坑两侧地下连续墙有限元模型图
2. 2 边界条件的设置在本分析中所设置的边界条件有位移边界条件、
孔压边界条件设置为在模型的上表面设置孔隙压力为 0。如图 5。
图 5 孔压边界条件
界面接触条件设置为在地下连续墙的左右两侧设置与土体为摩擦接触。地下连续墙底面与土体绑定约束。如图 6。
图 6 界面接触条件
3 有限元模拟结果分析 3. 1 降水对孔隙水的影响
（ 1）孔隙水压力在本分析中，对基坑模型的降水共分五个分析步进行，每个分析步时长为 216 000 s （ 2. 5 d），其中孔隙水压力的模拟结果可以看出，降水对基坑土体的孔隙水压力的影响随着降水深度的增大而增大。在基坑底部的土体中，其孔隙水压力逐渐降低，在降水之前的孔隙水压力为 3e5 Pa，在降水结束之后其孔隙水压力降到了 1. 85e5 Pa 左右。究其原因，是源于上部土体中的水分被抽出导致上部土体的荷载释放，底部的孔隙水压力得到释放，所以在其数值上有所下降。模拟的结果符合实际规律，且降水后的孔隙水压力的分布较规律。（ 2）孔隙渗流速度从基坑土体的孔隙渗流速度模拟结果可以看到，土体孔隙渗流的速度和矢量分布图。从图中可以明显的看出在第四分析步之后，降水对地下连续墙外的土体的渗流产生了明显的影响，而在此之前的影响极小。而最大的渗流速度也从 4. 76e － 4 m / s 增大到 9. 7e － 4 m / s。在降水井点与地下连续墙体之间的土体所收到的影响最大，该部分土体的渗流速度远远大于其他部分的土体。综合来看，模拟结果所反映出的

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第２卷第４９期
、ｏ】，．２９Ｎｏ４．
辽宁工程技术大学学报（自然科学版）
Ｊｕｎｌｆａｎｎｅｈｉａｉｅｓｔ（ｔｒｌｃｅｃｏｒａｏｉｇＴｃｎｃｌｖｒｉＮａｕａｉｎｅ）ｏＬｉＵｎｙＳ
２１年８月００
程从安全上提供依据。
１模型建立
１１水渗流方程．根据质量守恒定律可以得到煤层瓦斯流动的
中图分类号：Ｔ４Ｄ７５文献标识码：Ａ
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Ａｕｇ．２００１
文章编号：１０－５２２１）４０８—３０８０６（０００—５６０
深部开采工程中渗流一损伤一应力耦合模型
景海河，高红梅，周莉
（龙江科技学院建筑工程学院，黑龙江哈尔滨１０２）黑５０７
摘要：为了研究地应力场、损伤对渗流场深部岩体的影响问题，从理论上分析了岩体渗流运动的基本规律，引
入岩体变形过程中应力、损伤与透气性演化的耦合作用方程，建立了含岩体开挖过程固气．损伤耦合作用模型。应用该模型模拟分析了深部采动中岩体渗透性的演化规律。结果表明：在开采过程上覆岩层应力增大、变形增大，岩体垮落现象明显，并伴随着岩体渗透性迅速增大，应用该耦合模型解决实际工程和现场实际观测结果比较吻合。关键词：深部开采：渗流；应力；耦合模型
Ｋｅｒ：ｄｅｎｎｙｗｏｄｓｅｐｍｉｉｇ：ｓｅｇｅｐａｅ：ｓｒｓ；ｃｕｌｎｄｌｔｅｓｏｐｉｇｍｏｅ
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近年来，岩体渗流应力耦合作用的研究成为岩体渗流领域研究的热点。由岩体结构控渗效应研究可知单裂隙渗流规律和孔隙岩体的渗流规律构成了岩体渗流研究的基础【Ｊ学者们围绕着单裂隙面Ｊ。。和孔隙岩体两大类介质进行渗流应力耦合特性研