基于开挖的增强型地热系统-巷道围岩力学与传热数值模拟研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mfdbuxing
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
干热岩(HDR)地热能的开发利用,正引起人们的广泛关注。由于其赋存于致密、少裂隙的高温岩体中,以井工法开发深部地热能,是近年来人们探索突破增强型地热系统商业化瓶颈的出路之一。本文针对基于开挖技术的增强型地热系统(EGS-E),通过文献调研、数值模拟(FLAC3D)和理论分析的方法,初步地定量研究了作为EGS-E基元构件的巷道,在开挖和通风降温过程中围岩破裂区的分布特征,模拟分析了巷道致裂区力学、传热行为。主要研究内容与结论如下:(1)通过文献综述,探讨了造成高温岩石物理力学性质变化的微观机制与演化规律,为小于300℃的高温岩体数值模拟提供了一套来自试验基础的高温特性参数。经过文献调研发现该温度范围内的深地高温岩石,仍属于典型的脆硬岩石,需要通过依赖温度修正的力学参数来模拟高温花岗岩的力学行为。(2)基于粘聚力弱化-摩擦增强(CWFS)模型,揭示了在卸荷作用下代表围岩开挖扰动区(EDZs)的塑性屈服应变的分布与变化规律,探讨了深地初始地应力接近静水压力条件下围岩的破裂区形貌,为量化高温条件下开挖扰动引起的破裂损伤区尺度做出了基本尝试。巷道开挖的力学、渗透和传热行为研究为后续在高温岩体中人工建造热储打下基础,为深地工程施工安全探讨基础依据。通过热-力耦合模拟,分析了随着巷道通风降温进程围岩应力与开挖扰动损伤破裂区的演化规律。模拟结果表明:高温高地应力巷道通风降温,对围岩损伤破裂区尺度产生显著影响;围岩近场产生额外拉应力,压应力集中向远场转移;随着降温时间的增加,EDZs的扩展经历了缓慢、快速、减速三个阶段;安装隔热衬垫层,将明显延长缓慢增长阶段的时间。(3)考虑到利用沸腾传热和工质流体自然对流两种传热方式,对开挖扰动裂隙岩体的传输热机制研究具有重要意义,本文通过塑性体积应变关联公式,结合数值模拟分析成果,初步地定量表征开挖导致围岩损伤破裂区的渗透率非线性分布,基于自然对流和沸腾蒸发的思路简化其传热过程,探讨了巷道开挖扰动致裂区传热行为的简便计算方法。结果表明,相较于岩体裂隙中填充流体发生自然对流,利用沸腾传热开发干热岩可获得更高的采热效率。
其他文献
回顾城市规划与公共卫生二者间相互发展的历程,健康一直是人们绕不开的话题。现如今,人们更加注重健康,对城市高质量空气的诉求也越来越强烈,空气质量是影响人类健康的重要因素。由此提出以空气负离子视角下,通过规划干预来满足公众健康诉求。空气负离子是空气组成要素的一部分,具有医疗保健、净化空气等功能,作为评价城市空气是否良好的重要指标,它对公众健康的影响具有积极作用。对于滨海空间其有着丰富的健康资源,含有较
慢行交通及公共交通出行中的慢行环节是交通出行的重要组成部分,使用路网中的步行、自行车路径体系。居住片区指若干个居住小区组成的连片居住区,是与人接触最密切的人居环境空间。“车行优先”理念指导下的封闭小区导致慢行路径体系不畅、居民出行结构失衡、绿色交通发展不利。正确识别可优化的路径资源、完善慢行路径体系,是城市可持续发展的重要环节,也是“以人为本”理念知行合一的需要。探寻居住片区慢行路径体系优化方法,
天然岩体的力学行为受节理的力学特性和几何特征的影响。在地表或浅层,节理岩石的主要出现剪切破坏,因此,节理剪切力学特性的研究有着重要意义。过去几十年,研究者们通过直接或间接方法,分别从宏观或细观角度分析节理的剪切行为,取得了显著的成果。但是节理剪切研究仍然存在不足,一方面,绝大多数的研究集中于低法向应力水平下的剪切行为,对于中高法向应力水平下的研究还有欠缺;另一方面,作为岩石节理重要的力学性质之一的
实时有效获取土木工程结构在使用中的性态参数,是评估结构在服役期间安全性能的关键。现有的传感元件包括应变片、应力计、光纤光栅、压电陶瓷大都具有成本高、耐久性差、灵敏度低、长期监测耐久性不好的缺点。以往研究表明,橡胶基/水泥基压阻传感器具有感知性能优越、制备工艺简单、使用寿命长、节能环保等特点,有望将其应用于土木工程结构的健康监测领域。目前,有关橡胶基/水泥基压阻传感器在结构健康监测中的应用研究分别停
社区是城市治理与发展的基本单元,社区生活圈是居民日常生活的主要空间,在2019年底新型冠状病毒肺炎疫情防控工作中,社区发挥重要的作用,社区生活圈成了整个城市运转的核心单位,为居民提供生活保障。非常态的条件下,日益成长起来的青年群体也逐渐成为了社区工作中不可忽视的中坚力量,正是由于本次青年群体的参与社区治理工作,突出了过去社区建设中青年群体的需求常被忽略的问题。一方面由于在互联网的大潮之中青年群体热
我国儿童群体庞大,户外体力活动与儿童生理和心理健康息息相关,近年来儿童久坐时间增长,肥胖、近视等健康问题频发,住区作为儿童活动的主要场所,其空间品质越来越受到关注,在该背景下,探讨住区开放空间环境与儿童户外活动之间内在关系的重要性和迫切性就格外凸显。本研究基于儿童户外活动行为的视角,调研分析住区开放空间儿童活动行为及其空间分布特征,探究影响儿童户外活动的开放空间环境因子,基于研究成果提出住区开放空
地下煤层开采导致的覆岩移动及地表变形问题一直以来都是采矿领域研究的重点和难点,掌握采煤对岩层和地表变形破坏的影响规律对采矿具有重要的意义。目前常用有限元方法和离散元方法模拟分析岩层移动和地表沉陷问题,但是由于节理和结构面的存在,岩体变形的整体过程同时存在连续变形和不连续变形,无论是连续介质力学方法还是非连续介质力学方法都难以模拟岩体变形与破断过程。本文结合理论分析和基于RFPA的非连续变形位移(D
地震是结构安全最大的威胁,虽然钢结构被寄予厚望,但北岭地震和阪神地震中大量钢结构建筑因节点开裂发生的脆性破坏暴露出钢结构节点的抗震性能问题,由此开启了对钢结构梁柱节点更广泛更深入的研究。研究人员首先提出了基于延性设计理念的设计方法,这种节点能够避免脆性破坏,但由于修复困难、耗能效率低、荷载变化大等诸多缺点而逐渐被基于构件的设计方法取代,但它仍然存在构造复杂、耗能效率低的问题。基于屈曲约束和损伤控制
本文从试验和有限元两个方面对方钢管约束型钢高强混凝土短柱轴压力学性能进行研究,设计并试验了10个方钢管约束型钢高强混凝土短柱,对试验构件进行破坏模式分析与荷载—位移曲线分析;然后通过验证有效有限元模型进行构件的扩充,通过有限元对构件进行应力分析和参数分析;通过验证前辈试验数据建立方形CFRP—钢管复合约束型钢高强混凝土有限元模型,然后以此模型为基础对构件进行应力分析与有限元参数分析;根据有限元分析
我国正处在从海洋大国迈向海洋强国的重要时期,海洋经济发展迫在眉睫,岛屿作为海洋经济发展的重要依托,岛礁工程的建设也是海洋强国的重要环节,而南海岛礁远离内陆,环境相对恶劣,缺少相应的砂石材料用来满足工程的建设,所以采用珊瑚砂来替代普通砂石材料用于当地工程建设,具有重要的科学意义、国防意义和工程价值。本文从珊瑚砂入手,进行了珊瑚砂混凝土砂浆早期水化实验研究,通过光纤布拉格光栅(FBG)传感技术对不同砂