废弃矿井储气注采循环作用下围岩变形规律

论文摘要

废弃矿井储气对资源枯竭城市转型升级、国家能源安全保障、经济社会健康发展具有促进作用,是废弃空间资源再利用的重要途径之一。地下巷道储气库的运行过程中,围岩在注气、采气的周期性荷载和气体渗流-应力耦合作用下发生损伤变形,对储气库的安全构成威胁。本文综合运用数值模拟、室内试验以及理论分析相结合的方法,对岩石在循环加卸载下的损伤演化特征、渗流-损伤-应力耦合力学模型以及注采循环条件下储气围岩稳定性机理等进行了研究,取得了以下主要研究成果:（1）得到了不同加载条件下砂岩的力学特性和破坏特征。随着围压增加,试样呈现由脆性向延性转化的趋势,弹性变形阶段在峰前所占比例降低;随着轴向应变的增加,峰后应力降低的速度减小。真三轴加载条件下,试样由脆性向延性转变的趋势受最小主应力的影响较为显著。（2）揭示了三轴压缩和循环加卸载条件下砂岩的损伤演化规律。基于多种加载条件的岩石细观力学参数标定,构建了岩石试样在常规三轴加载、真三轴加载以及循环加卸载条件下的颗粒流数值模型,分析了不同加载条件下岩石的应力应变特性、裂隙扩展规律和损伤演化特征,提出了砂岩损伤演化力学模型。（3）构建了注采循环下废弃空间围岩渗流-损伤-应力耦合力学模型。基于Biot多孔介质模型,达西渗流定律和损伤演化模型,揭示了渗透率、孔隙率、气压、固体变形以及损伤变量间的耦合作用关系。（4）阐明了储气压力和密封层对储气库围岩气密性和稳定性的影响。在围岩完整的条件下,储气压力对巷硐起支撑作用;随着围岩损伤演化,较高的储气压力会造成损伤范围的扩展和巷硐变形的增加;密封层能有效缓解储气压力和注采循环对巷硐损伤变形的影响,提高储气巷硐的稳定性和储气效率。该论文有图56幅,表7个,参考文献95篇。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 变量注释表
• 1 绪论
•   1.1 研究背景和意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 研究内容及技术路线
• 2 砂岩力学特性试验研究
•   2.1 砂岩单轴压缩力学特性试验
•   2.2 砂岩三轴压缩力学特性试验
•   2.3 砂岩循环加卸载力学特性试验
•   2.4 本章小结
• 3 砂岩循环加卸载三维颗粒流模拟
•   3.1 数值建模及参数验证
•   3.2 循环加卸载砂岩力学特性
•   3.3 含裂隙试样三轴加载损伤规律
•   3.4 循环加卸载砂岩损伤演化规律
•   3.5 本章小结
• 4 考虑损伤演化的渗流-应力耦合模型
•   4.1 基本假设
•   4.2 连续性方程
•   4.3 变形场控制方程
•   4.4 损伤演化模型
•   4.5 本章小结
• 5 注采循环下气体泄漏及围岩稳定性研究
•   5.1 COMSOL Multiphysics软件简介
•   5.2 储气巷硐模型构建
•   5.3 注采循环下储气围岩气密性研究
•   5.4 注采循环下储气围岩稳定性研究
•   5.5 本章小结
• 6 主要结论
• 参考文献
• 作者简介
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 胡俊

导师: 马占国

关键词: 废弃矿井,储气库,循环加卸载,渗流损伤应力耦合

来源: 中国矿业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 中国矿业大学

基金: 国家自然科学基金项目(51674250,51074163),国家自然科学基金重点项目(51734009,50834005),教育部新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-08-0837),江苏省“六大人才高峰”高层次人才计划,老工业基地资源利用与生态修复协同创新中心项目,深部岩土力学与地下工程国家重点实验室项目,中国矿业大学“双一流”自主创新项目

分类号: TU45

DOI: 10.27623/d.cnki.gzkyu.2019.000191

总页数: 98

文件大小: 6855K

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