裂隙岩体渗流—传热耦合的有限元模拟研究

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1、学校代码：密级：公开如交乂孳硕士学位论文裂隙岩体渗流一一传热耦合的有限元模拟研究作者姓名李维溪学科专业岩土工程指导教师项彦勇教授培养院系土木建筑工程学院二零一五年六月硕士学位论文裂隙岩体渗流—传热耦合的有限元模拟研究国家自然科学基金面上项目“稀疏裂隙岩体水流传热模拟与高放射核废处置温度预测研究”课题资助项目号：作者：李维溪导师：项彦勇教授北京交通大学年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段

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3、无时无刻在感受着老师们的关爱和卩们的无私帮助。学屮屮涯即将结束，心屮实在难以‘别食交人艾的校，史舍得朝夕相处的老师和学们。衷心感谢我的导师项彦贞教授。项彦刃教授严谨的治学态度、渊博的学识、茁风行的作风和诚挚善良的品格，永远足我学和效仿的榜样。项老师在我的学业丨：尤其是在论文的撰过朽中，倾汴了人癀的心血，给我许多教诲和帮助，使我终屮受益。在此表术深深的谢。张勇博丨：和安建勇博对我的科研作提出过许多的屯贵意见，给。了我极人的帮助。他们乐助人的精神让我深受感动，在此向张男博匕安建勇博丨；农小感谢。感谢支持我、关心我和照顾我的女友张晓。她用无私的爱和本献，穴相知

4、相邙于我的身旁。许多时候，我都疲于学业，常常能抽出时间相伴其左仏似她不矜打过怨，仍足如既往地支持。特别感谢我的父母和家人，感谢他们多年來对我的教疗和关心，每，我在学』或生活屮受到挫折时，总能从他们那电得到精神上的安慰和鼓励。最后，衷心感谢为评阅本论文以及出席论文答辩会而付出宝资时间和辛勤分动的家和教授们！北夼交通人学硕士学位论文摘要摘要随着传统化石能源的日渐枯竭，核能也在越来越多的场合被采用。核能源的利用不可避免的会带来核废料的产生，目前处理核废料的唯一办法便是专门建设深埋处置库将其存放。本文以核废物的处置为工程背景，通过有限元模拟，计算分析了单裂隙岩体

5、模型和规则多裂隙岩体模型中渗流场和温度场之间的作用关系，并分析了裂隙张开度、裂隙水渗流速度、岩石热传导系数、热源温度等因素对裂隙岩体温度场的分布的影响。主要的成果如下：通过建立单裂隙岩体模型，推导了裂隙水和与裂隙接触岩体的温度控制方程，在此基础上得到了理想情况下的解析解，并将其与所得的有限元计算结果相比对。结果表明，基于有限元变分方法的数值模拟结果能够和解析解很好的吻合，而解析解求解过程中对于一些次要条件的忽略会导致误差的产生。在规则多裂隙岩体模型中，得到了流体渗流—传热的控制方程，并对方程进行离散化处理，进行有限元计算。将计算结果与课题组此前的实验结果

6、以及有限差分软件的模拟结果进行比对，发现对温度场的数值模拟结果要略高于实际的实验结果，这是由于绝热边界条件在现实中难以实现，热量不可避免的耗散降低了实际模型的温度值。有限元软件虽然在计算过程中会花费更长的时间，但其对不规则区域网格划分的适应性以及对于多物理场耦合分析的功能等特点要好于有限差分法。影响温度场分布的最重要两个因素是裂隙的张开度和裂隙中渗流的速度。裂隙越宽，裂隙渗流越快，会使得更多的水进入裂隙与岩石进行对流换热，从而降低了岩石温度以及水流的升温幅度。同样，热源温度的不同可以给整个裂隙岩体温度场的数值带来改变，而且地下水的流出温度受热源温度影响很

7、大。而岩石的热传导系数增加，会使得裂隙岩体中更多的热量通过热传导的方式来进行而且岩石和水流的温度梯度也会变大。但是其影响幅度要小于裂隙张开度和渗流速度。离热源近的裂隙控制着温度分布，它会阻隔热量的向远处传递。远端的裂隙以及两条裂隙之间的裂隙都会对整个裂隙岩体温度场的分布产生影响。远处的裂隙一方面会影响与之相邻的近端岩体温度分布，另一方面更主要地控制着更北竺通人‘硕丨：位论义一！远处休以及边界的温度怙况。两条裂隙之叫的裂隙提供地卜水流动的通逍，使衍条裂隙对温度分布的影响范丨丨彳随裂隙之叫的连通而人人增加。义键裂隙六体；渗流；温度场；数值模拟北交通人学硕七学

8、位论文北京交通人学硕十卞位论文：北尕交通人学硕士学位论文录目录鞭馳研究背景与研究