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武汉岩土所在黏土岩多场耦合机理方面取得新进展（图）
黏土岩 耦合机理 花岗岩
2023/7/25
自上世纪80 年代开始，针对高放废物地质处置问题，我国先后在西北、华南、华东等地区开展了区域筛选、场址评价和工程设计等工作。2021年6月，以花岗岩为背景的北山地下实验室正式开工建设，标志着我国高放废物地质处置研究正式进入地下实验室研发阶段。根据2006年国防科工委发布的《高放废物地质处置研究开发规划指南》，除花岗岩外，还应重点考虑粘土岩作为高放废物处置库围岩的可行性。目前，虽然内蒙古巴彦戈壁盆地...
武汉岩土所在土体固结与污染物运移耦合理论方面取得进展（图）
土体固结 污染物运移 耦合理论 岩土工程
2023/7/25
在固废堆填场、垃圾填埋场和危险废物处置场等污染场地中，底部埋设的防渗垫层系统可以有效地阻止或延缓污染物的扩散迁移，其中压实黏土和土工膜是常用的防渗衬垫材料。污染物在防渗衬垫系统中的运移过程会受到土体固结应力、温度、生物降解、化学形态等多种因素的影响。为设计稳定、可靠的底部防渗衬垫系统，并评价其有效性，需对土体固结与污染物运移耦合理论开展研究。而现有耦合理论忽略了污染场地内因生化反应等因素导致防渗衬...
二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）技术作为大规模温室气体减排技术，有望成为未来我国实现碳中和的重要选项之一。CO2地质封存目标储层深度较大，CO2沿井筒注入或泄漏过程中温度压力变化幅度大，或导致CO2发生相变，进而影响注入或泄漏特征，而目前在二氧化碳地质封存领域缺乏考虑CO2相变过程的井筒-储层全耦合数值模拟研究。
二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）技术作为一种大规模温室气体减排技术，有望成为未来我国实现碳中和的重要选项之一。CO2地质封存目标储层深度较大，CO2沿井筒注入或泄漏过程中温度压力变化幅度大，这可能导致CO2发生相变，进而影响注入或泄漏特征，但目前在二氧化碳地质封存领域仍然缺乏考虑CO2相变过程的井筒-储层全耦合数值模拟研究。
将流体注入到地下是许多能源工程中不可或缺的一项重要操作，例如二氧化碳地质利用与封存、非常规储层压裂开采、地下储能、地热开采等。流体与岩石的相互作用涉及复杂的水力耦合过程，在提高目标储层渗透率的同时，也存在着激活附近隐伏断层进而诱发有感地震的潜在风险。地应力的相对大小和方向是影响岩石水力耦合行为的重要因素，充分理解不同地应力状态下流体注入岩石引起的水力耦合响应对于工业活动的高效、安全运行十分关键。
中国科学院武汉岩土力学研究所二氧化碳地质封存研究团队以地球上常见的安山岩为例，采用数值模拟方法对不同应力状态下岩石的注水水力耦合特性开展了系统研究。
中科院武汉岩土力学研究所，通过与多个油气科研院所的项目合作，基于多物理场耦合理论，利用Python语言开发了一个名为AEEA Coupler的搭桥软件，无缝链接在力学领域内和油气领域被广泛认可的ABAQUS软件和ECLIPSE软件，从而实现场地级THMC多物理场序列耦合模拟计算。AEEA Coupler通过直接调用ABAQUS软件前后处理中的相应模块，大大提高了耦合计算的运行效率。AEEA Cou...
为了研究粗糙岩体裂隙渗流–溶解耦合作用机制，根据分段线性法构建粗糙裂隙面，并采用分形维数对其粗糙程度进行表征。基于格子Boltzmann方法，采用双分布函数分别模拟速度场和浓度场的演化过程，假定裂隙表面处的溶解作用满足一阶动力学反应模型，建立基于岩体裂隙表面反应的格子Boltzmann渗流–溶解耦合模型，并结合2个经典算例验证其有效性。最后，讨论分形维数、Pe数和Da数等因素对粗糙裂隙渗流–溶解耦...
中国科学院武汉岩土力学研究所土动力学组助理研究员李文涛，长期致力于多相孔隙介质多场耦合高效数值方法的研究。基于局部投影稳定化算法，提出了多孔介质流固耦合稳定化有限元方法。该方法规避了常规混合有限元需要满足的Babuska-Brezzi条件，对等阶插值的线性单元有很好的适用性。利用合理的稳定化系数，在该方法中成功地嵌入了离散极值原理（DMP）。通过对经典的Biot固结算例的模拟分析，并与常规的Q4P...
采用全自动三轴渗流实验系统，进行无水与排水条件下砂岩应力–渗流耦合试验，得到砂岩变形全过程应力–应变及渗透率演化曲线，较好地表征了应力–渗流耦合下砂岩力学行为与渗透率演化响应特征，同时获得了应力–渗流耦合下砂岩的变形、强度及渗透率演化规律。研究结果表明：(1) 砂岩峰值强度随着围压增大而不断增大，围压效应显著；无水条件下，砂岩峰值强度对应的轴向应变变化规律与强度演化特征呈现出明显的对应关系。其轴向...
中国科学院武汉岩土力学研究所研究员卢正、姚海林从车辆组成特点与钢轨（路面）不平整特性出发，将车辆、钢轨（路面）、路基结构作为一个整体系统来建模，提出了车辆–不平整钢轨（路面）–层状路基结构大系统耦合动力学分析模型，同时考虑轮载与钢轨（路面）接触处的不平整位移、钢轨（路面）本身位移和轮载与钢轨（路面）之间的相对位移等3种位移的影响，实现了各子系统之间的真正耦合。研究结果表明：车辆在移动过程中，车辆-...
中国科学院武汉岩土力学研究所土动力学组研究员韦昌富及其研究团队提出了一个考虑微观物理化学作用力的白垩岩的本构模型，充分解释了白垩岩的化学流体敏感性。该模型考虑了两种水弱化机理：毛细作用、白垩岩和饱和流体之间的物理化学作用。模型采用修正剑桥模型为基础，以粒间应力作为本构变量。该粒间应力是基于真实孔压的概念，考虑了微观的物理化学作用力，包括Donnan效应、毛细和吸附；从而可以将化学和力学加载采用同一...
深部地下洞室内锚索拉力受岩体蠕变，水和化学侵蚀等多种因素影响，岩体和锚索耦合作用机制复杂，预应力损失率难以准确界定。基于锚索应力损失和岩体蠕变耦合理论，确定锚索应力变化和岩体蠕变主要参数的关系式，对比分析大型地下厂房顶拱预应力锚索监测数据和理论计算值的相似性和差异性，结合数值模拟对产生差异的原因进行分析：理论计算模型未考虑岩体的初始应力状态和变形规律是导致计算结果产生误差的主要原因。提出锚索初始张...
提出一种模拟二维非稳定渗流过程的等效离散裂隙网络模型。在此基础上，结合改进刚体弹簧方法，通过引入考虑断裂能的渐进拉裂破坏准则，建立一种新的水压致裂过程数值计算模型。应力、变形、裂隙扩展过程计算采用改进刚体弹簧方法，非稳定渗流计算采用等效离散裂隙网络模型。为模拟等效的宏观渗透特性，给出细观渗流参数的确定方法，通过与一维非稳定渗流解析解的对比，验证等效离散裂隙网络模型的适用性。给出改进弹簧方法和等效离...
中国科学院武汉岩土力学研究所研究员韦昌富率领的科研团队致力于多相岩土介质力学与工程方面的研究，取得了以下进展：（1）提出一种高效的自适应松弛Picard迭代算法，该方法可以在保证计算精度的同时有效地减少数值震荡，提高收敛速度，在求解多场耦合问题的应用中取得了良好效果；（2）发展一种稳定高效的固液气全耦合有限元方法，并开发相应的计算程序，克服弹塑性问题耦合分析过程中存在的“虚假卸载”问题；（3）针对...