裂隙岩体冻结温度场与渗流场耦合作用机理及应用研究-工程力学专业论文.docx

万方数据 万方数据 学位论文原创性声明 Declaration of Thesis Originality 本人郑重声明：所呈交的学位论文《裂隙岩体冻结温度场与渗流场耦合作用 机理及应用研究》，是本人在导师指导下，在中国矿业大学攻读学位期间进行的 研究工作所取得的成果。据我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的 个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由 本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日 91 学位论文使用授权声明 本人完全了解中国矿业大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所撰 写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理： 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者须授权所在学校拥有学位 论文的部分使用权，即：①学校档案馆和图书馆有权保留学位论文的纸质版和电 子版，可以使用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；②为教学和 科研目的，学校档案馆和图书馆可以将公开的学位论文作为资料在档案馆、图书 馆等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。另外，根据有关法规，同意中国 国家图书馆保存研究生学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书）。 作者签名： 导师签名： 年 月 日 年 月 日 论文审阅认定书 研究生 高 娟 在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的 要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学 位论文，经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论 文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送 专家评审。 导师签字： 年 月 日 致 谢 本论文是在导师缪协兴教授的悉心指导下完成的，从论文的选题、思路构架 到最后的完成，每一个环节和过程都包含着导师的教诲。从师三载，教诲三年， 从生活、做人到学习、科研，我的每一步成长都倾注了导师的心血。导师追求真 理的执着信念、精益求精的工作作风、严谨求学的治学态度和崇高质朴的品德风 范，是我终生学习的榜样和楷模，将永远激励我在今后的人生道路上不断进取。 当论文完成之际，祝福导师及家人身体健康，工作顺利！ 感谢茅献彪教授和冯梅梅副教授在论文写作以及平时学习、生活中给予的指 导和帮助。正是两位老师细心的帮助和指导才使得论文顺利完成。在论文的选题、 研究思路的规划、技术路线的设计、论文内容的研究方面冯梅梅老师都给予了足 够的指导。在论文研究过程中很多的细节方面，正是由于茅献彪老师的细心讲解 和点拨才保证了论文的整体结构的完善。在论文完成之际，向茅献彪老师和冯梅 梅老师及其家人送去我最诚挚的祝福和感谢！ 感谢王连国教授、白海波教授、陈占清教授、陈荣华教授、浦海教授、卢爱 红副教授、吴宇副教授、张凯副教授等在学术论文写作方面所给予的指导；感谢 王璐珍博士、刘玉博士、刘展博士、李明博士、郁邦永博士、曹丽丽博士、王捷 浩博士、李兵博士、邢燕博士、李海龙博士、付越博士、曹正正博士、桑桂杰博 士、姜广辉硕士、刘瑞雪硕士、李玺茹硕士、唐琨硕士、陈远峰硕士、仇培涛硕 士、陶静硕士、崔灿硕士、张光辉硕士、李佳伟硕士等多年同窗在论文完成过程 中给予的帮助！ 感谢父母和家人的养育之恩及多年来为我学业的完成而付出的辛勤劳作。 感谢力学系所有的老师和我的同学们。 感谢论文所引用文献的作者们。 最后再次向导师致敬，并感谢所有帮助和关心我的人。 感谢各位专家和学者在百忙之中评审论文，衷心希望得到您的指导和帮助。 2014 年 5 月 摘 要 人工冻结法是目前国内外广泛使用的地层止水方法之一。由于地层中水渗流 作用以及裂隙岩体中节理面构造的存在，关于渗流作用下裂隙岩体人工冻结温度 场及渗流场分布规律的研究成为人工冻结工程中亟待解决的重要课题之一。本文 采用理论分析、数值模拟手段对裂隙岩体冻结温度场及渗流场耦合作用机理进行 了系统研究。着重分析了节理面水流速度、节理面开度、倾角以及粗糙性等因素 对裂隙岩体冻结温度场和渗流场的影响。主要取得了以下研究成果： （1）针对人工冻结凿井的工程实际，建立了渗流作用下裂隙岩体人工冻结 问题的数学模型。根据不可逆过程热力学和连续介质力学的相关理论，建立了考 虑相变的岩体冻结温度-渗流-应力耦合控制方程，给出了体积热容、导热系数以 及渗透系数等物性参数随温度的变化规律。 （2）采用数值生成法建立了裂隙率服从 Weibull 分布的裂隙岩体冻结温度 场和渗流场的计算模型，分析了 Weibull 分布参数对裂隙岩体冻结温度场及渗流 场的影响。对竖井人工冻结工程进行了仿真，结果表明：局部构造（节理面）特 征对冻结工程的质量起着关键性的作用。 （3）建立了含节理面裂隙岩体的双孔人工冻结模型，研究了节理面水流速 度和节理面的开度、倾角对