高温处理后花岗岩力学行为与损伤破裂机理研究

论文摘要

随着我国核电事业的发展,高放核废料处置问题已经提上日程,根据《中华人民共和国放射性污染防治法》规定高水平放射性固体废物实行集中的深地质处置。花岗岩作为储存核废料的理想材质,具有渗透性小、强度高且致密等一系列优点,是处置库建设的理想介质之一。核废料在衰变过程中会产生大量的热,使得核废料处置库围岩处于热、水、力（THM）三场耦合作用下,损伤破裂机理复杂。开展高温作用花岗岩力学及渗透特性研究,对于保障核废料安全稳定运行具有重要理论价值和实践意义。本文依托中国矿业大学学科前沿重点项目-核废料处置库围岩力学特性及三维重构模拟研究（2015XKZD05）,以花岗岩为研究对象,采用室内试验、理论分析和数值模拟相结合的方法,开展了以下研究工作:（1）通过高温后花岗岩常规三轴压缩试验及循环加卸载试验,得到了高温及围压对花岗岩应力应变曲线、强度变形及破裂模式的影响,分析了花岗岩试样的损伤破裂过程及循环荷载对花岗岩损伤破裂的影响,研究了弹性模量、泊松比、塑性应变及耗散能在试样损伤过程中的演化特征。进而从细观层面上描述了花岗岩物理及力学参数随温度及围压的变化。（2）进行高温后花岗岩渗透试验,分析渗透率随围压及温度的变化规律,建立花岗岩渗透特征与微裂纹分布特征参数之间的关系,得到裂纹宽度、连通率及体积柔量随温度及围压的关系,进而推导得到孔隙率、地质因数及导热系数随温度及围压的演化规律。其后,使用低频核磁共振得到试样内微裂纹的分布特征,验证理论结果。（3）构建GBM模型,模拟了不同围压下花岗岩力学行为,分析了花岗岩试样细观损伤破裂过程。综合考虑不同矿物晶粒的热膨胀系数,模拟高温后花岗岩不同围压下三轴压缩力学行为,分析强度及变形参数随温度及围压的变化规律,探讨热裂纹对试样三轴压缩损伤破裂过程的影响。（4）综合考虑晶粒内部、晶粒边界及裂纹处渗流特征差异的基础上对原有流固耦合算法进行改进,模拟了不同高温作用后花岗岩试样不同围压下的渗流特征。分析高温后试样的渗流过程,从细观层面上研究温度及围压对流速及孔压分布规律的影响。该论文有图176幅,表21个,参考文献302篇。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 变量注释表
• 1 绪论
•   1.1 选题背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 研究内容与目标
•   1.4 研究方法和技术路线
• 2 高温后花岗岩常规三轴强度及变形破裂特征
•   2.1 岩性特征及试验程序
•   2.2 高温花岗岩物理特性变化
•   2.3 高温作用后花岗岩常规三轴强度及变形特征
•   2.4 高温作用后花岗岩破裂特征
•   2.5 本章小结
• 3 高温后花岗岩循环加卸载强度及变形破裂特征
•   3.1 试验方案
•   3.2 高温后花岗岩循环加卸载条件下强度特征
•   3.3 能量演化特征
•   3.4 声发射及破裂特征分析
•   3.5 本章小结
• 4 高温损伤后花岗岩渗流及裂纹分布特征
•   4.1 试验设备及方案
•   4.2 高温后花岗岩宏观渗流特征随温度演化
•   4.3 高温后花岗岩细观渗流特征随温度演化
•   4.4 高温后花岗岩物理特征随有效应力演化
•   4.5 讨论
•   4.6 本章小结
• 5 高温后花岗岩常规三轴压缩裂纹演化及细观力学行为
•   5.1 数值建模及高温模拟过程
•   5.2 未经高温处理花岗岩常规三轴压缩模拟结果
•   5.3 高温处理花岗岩单轴压缩模拟结果
•   5.4 高温处理花岗岩常规三轴压缩模拟结果
•   5.5 本章小结
• 6 高温损伤后花岗岩渗流细观特征
•   6.1 流固耦合在PFC2D中的实现
•   6.2 流体细观参数验证
•   6.3 不同高温作用后细观渗流特征
•   6.4 本章小结
• 7 结论与展望
•   7.1 主要结论
•   7.2 主要创新点
•   7.3 研究展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 博士论文

作者: 田文岭

导师: 杨圣奇

关键词: 岩石力学,高放核废料处置,高温,强度及变形,渗透率,颗粒流

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: 中国矿业大学学科前沿专项重点项目(2015XKZD05),江苏省六大人才高峰资助项目(JNHB-090)

分类号: TU45

DOI: 10.27623/d.cnki.gzkyu.2019.000234

总页数: 256

文件大小: 21227K

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