作者：康健岩石力学随机介质固热耦合热破裂门槛值温度数值实验
摘要：对高放射性核废料的深层处置、高温岩体地热资源开发等深部开采工程问题中,由于岩石材料的非均匀博士学位论文性、非连续性、以及几何结构的复杂性,迫切需要研究工程围岩在高温下的物理力学性质和力学行为的长期演变规律,因此,本文从岩石介质的非均匀性特征入手,在引入岩石非均匀性细观统计描述和物理学愈渗理论的基础上,主要研究内容如下:(1)考虑岩石颗粒的物理力学性质的随机非均匀性,从理论上建立了三维随机非均质热弹塑性力学模型和随机介质固热耦合数学模型,并推导随机介质模型的有限元数值解法.这些方法奠定了岩石热破裂研究的基础.(2)对岩石随机介质的热弹性力学模型的平面轴对称问题和球对称问题分别进行解析分析,提出了将岩石物理力学参数作为随机变量在解析分析中的处理方法,并给出在随机指数分布和韦泊分布下的解析解;对随机介质固热耦合数学模型的平面轴对称问题也求出了解析解,包括位移、变形和热应力的精确解.(3)在二维随机非均质热弹塑性力学模型和4种随机分布(均匀分布、指数分布、正态分布和Weibull分布)下,在高温条件下,对热膨胀系数变化引起的岩石破裂门槛值温度的变化做了详细研究,揭示了岩石热破裂规律及门槛值温度随分布参数的变化规律,得出结论:岩石热破裂门槛值温度随分布参数的增加而升高,呈幂函数或直线关系.对岩石的力学性质进行了数值实验研究,结果表明:包括门槛值温度随着弹性模量和泊松比的变化规律,采用正态分布和Weibull分布数值实验的结果与相应的实验结果相吻合.再现了岩石热破裂的变化过程,表明文中所采用的数值实验的方法是可行和可靠的.(4)在平面随机介质固热耦合数学模型和三种随机分布(指数分布、正态分布和Weibull分布)下,对岩石的热物理特性(包括温度�
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