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基于多场耦合模型的地下充填方法及其应用

2478   编辑:中冶有色网   来源:四川大学  
2022-02-15 16:36:55
权利要求 1.基于多场耦合模型的地下充填方法,其特征在于:包括构建充填体的三维温度-渗流-力学-化学耦合模型;其中,所述耦合模型的化学场由充填体中的成分与水的水化反应产生,且所述耦合模型基于耦合场的力学平衡条件、物质守恒条件、能量守恒条件和化学反应条件构建,其中,所述力学平衡条件通过如下的力学平衡模型获得: σ=σ'-αpδij(2), σ'=D(ε-εP)-Kdβs(T-T0)δij(3), 其中,▽表示梯度算子,σ表示总应力张量,n表示孔隙度,ρs、ρw和ρg分别表示固体颗粒、孔隙水和孔隙气体的真实密度,S表示水的饱和度,g表示重力加速度,σ’表示充填体受到的有效应力张量,p=Spw+(1-S)pg表示充填体受到的平均孔隙压力,pw和pg分别表示孔隙水压力和孔隙气压力,α=1-Kd/Ks表示Biot系数,Kd和Ks分别表示固体骨架和固体颗粒的体积模量,δij表示单位矩阵,D表示充填体的弹性张量,ε和εp分别表示充填体产生的总应变和其塑性应变张量,T和T0分别表示充填体当前温度和初始温度,βs表示充填体的固体体积热膨胀系数; 所述物质守恒条件通过如下的固相物质守恒模型、液相物质守恒模型及气相物质守恒模型获得: S=θ/n, π=w或π=g, k=Kμπ/ρπg,π=w或π=g, ms=(ns–1)/ns, 其中,n表示充填体的孔隙度,t表示充填后的时间,εv表示充填体的体积应变,εd表示充填体经水化反应生成的固态水的体积,表示εd的生成速率,Kw表示液体的体积模量,βw表示液体的体积热膨胀系数,pc=pg-pw表示充填体中的孔隙毛细吸力,vrw表示孔隙液体的流速,εsh表示充填体中化学反应消耗的液态水体积,表示εsh的消耗速率,Mg表示气相的相对分子质量,R表示气体常数,vrg表示孔隙气体流速,S表示饱和度,θ表示水的体积百分比,θs表示饱和含水量,θr表示残余含水量,αs与ns为表征充填体持水能力的参数,μπ表示动态粘滞系数,k表示充填体骨架的真实渗透系数,K表示导水系数,krw(Seff)、krg(Seff)表示其在孔隙液体、孔隙气体上的相对渗透系数,Seff表示有效饱和度; 所述能量守恒条件通过如下的能量守恒模型获得:
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