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基于COMSOL的页岩蠕变过程中固热化耦合响应分析 被引量:3

Analysis of coupled solid-thermal-chemical response of shale creep by using a COMSOL-based simulator
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摘要 在已有文献的基础上,建立了固热化耦合控制方程组,包括固体变形方程、能量守恒方程、质量守恒方程。以COMSOL为平台,引入化学反应工程,重点分析了温度梯度、溶质离子浓度的变化过程。化学腐蚀作用对温度的传输过程影响很大,由此引起岩石空隙出现,使岩石温度扩散较快,400h后使温度梯度降低并趋于平稳。温度梯度和化学反应耦合影响时间不同,温度对化学反应的影响在200h后才体现略明显,化学反应对温度梯度影响的时间是在400h后体现明显,温度升高使化学反应速率提高。在巷道蠕变过程中,pH=3的HCl溶液对岩石温度梯度的影响比pH=10的Na OH溶液对温度梯度的影响要强烈,因此岩石在酸性条件下的蠕变变形比在碱性条件下的蠕变变形大。所以多场耦合作用对巷道的稳定具有重要影响,为进一步研究多场耦合作用下深部巷道长期稳定性提供依据。 Coupled solid-thermal-chemical response,one of the key problems for roadway long stability,is of great significance in deep rock engineering.This paper establishes a solid-thermal-chemical coupling control model that includes a solid-deformation equation,an energy-conservation equation and a mass-conservation equation.Within the COMSOL software,a chemical-reaction field is introduced.The changing process and mechanism of temperature gradient and solute ion concentration are analyzed emphatically.Chemical corrosion has a great influence on the transfer process of temperature.It causes the rock gap to occur,and the temperature of the rock spreads faster,which reduces the temperature gradient and tends to be stable.At the same time,the increase in temperature increases the chemical reaction rate.During the creeping,the effect of solution with pH=3 on the temperature gradient of rock is stronger than that of NaOH solution with pH=10.Therefore,the creep deformation of rock under corresponding conditions is also made.Therefore,the multi-field coupling effect has important influence on the stability of roadway,which provides a prediction for long-term stability analysis of multi-field coupling in deep roadway.
作者 王艳春 王永岩 李剑光 苏传奇 郭鹏 Wang Yanchun;Wang Yongyan;Li Jianguang;Su Chuanqi;Guo Peng(College of Mechanical and Electronic Engineering,Qingdao University of Science and Technology,266061,Qingdao,China)
出处 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期697-703,765,共8页 Chinese Journal of Applied Mechanics
基金 国家自然科学基金(51674149) 教育部重点实验室研究基金(JYBSYS2017104)
关键词 岩石力学 蠕变 固热化耦合模型 温度梯度 数值模拟 rock mechanics creep coupled solid-thermal-chemical control model temperature gradient numerical simulation
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