[發(fā)明專利]基于多場(chǎng)耦合模型的地下充填方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010907669.4
• 申請(qǐng)日: 2020-09-02
• 公開（公告）號(hào): CN111983196B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁培培;魯功達(dá);陶劍;李西龍;張發(fā)源;張露;周家文;戚順超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N33/24
• 分類號(hào): G01N33/24;G01N15/08;G01N25/20;G01N31/00
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

1.基于多場(chǎng)耦合模型的地下充填方法，其特征在于：包括構(gòu)建充填體的三維溫度-滲流-力學(xué)-化學(xué)耦合模型；其中，所述耦合模型的化學(xué)場(chǎng)由充填體中的成分與水的水化反應(yīng)產(chǎn)生，且所述耦合模型基于耦合場(chǎng)的力學(xué)平衡條件、物質(zhì)守恒條件、能量守恒條件和化學(xué)反應(yīng)條件構(gòu)建，其中，所述力學(xué)平衡條件通過如下的力學(xué)平衡模型獲得：

σ＝σ'-αpδ_ij (2)，

σ'＝D(ε-ε_P)-K_dβ_s(T-T₀)δ_ij (3)，

其中，▽表示梯度算子，σ表示總應(yīng)力張量，n表示孔隙度，ρ_s、ρ_w和ρ_g分別表示固體顆粒、孔隙水和孔隙氣體的真實(shí)密度，S表示水的飽和度，g表示重力加速度，σ’表示充填體受到的有效應(yīng)力張量，p＝Sp_w+(1-S)p_g表示充填體受到的平均孔隙壓力，p_w和p_g分別表示孔隙水壓力和孔隙氣壓力，α＝1-K_d/K_s表示Biot系數(shù)，K_d和K_s分別表示固體骨架和固體顆粒的體積模量，δ_ij表示單位矩陣，D表示充填體的彈性張量，ε和ε_p分別表示充填體產(chǎn)生的總應(yīng)變和其塑性應(yīng)變張量，T和T₀分別表示充填體當(dāng)前溫度和初始溫度，β_s表示充填體的固體體積熱膨脹系數(shù)；

所述物質(zhì)守恒條件通過如下的固相物質(zhì)守恒模型、液相物質(zhì)守恒模型及氣相物質(zhì)守恒模型獲得：

S＝θ/n，

π＝w或π＝g，

k＝Kμ_π/ρ_πg，π＝w或π＝g，

m_s＝(n_s–1)/n_s，

其中，n表示充填體的孔隙度，t表示充填后的時(shí)間，ε_v表示充填體的體積應(yīng)變，ε_d表示充填體經(jīng)水化反應(yīng)生成的固態(tài)水的體積，表示ε_d的生成速率，K_w表示液體的體積模量，β_w表示液體的體積熱膨脹系數(shù)，p_c＝p_g-p_w表示充填體中的孔隙毛細(xì)吸力，v_rw表示孔隙液體的流速，ε_sh表示充填體中化學(xué)反應(yīng)消耗的液態(tài)水體積，表示ε_sh的消耗速率，M_g表示氣相的相對(duì)分子質(zhì)量，R表示氣體常數(shù)，v_rg表示孔隙氣體流速，S表示飽和度，θ表示水的體積百分比，θ_s表示飽和含水量，θ_r表示殘余含水量，α_s與n_s為表征充填體持水能力的參數(shù)，μ_π表示動(dòng)態(tài)粘滯系數(shù)，k表示充填體骨架的真實(shí)滲透系數(shù)，K表示導(dǎo)水系數(shù)，k_rw(S_eff)、k_rg(S_eff)表示其在孔隙液體、孔隙氣體上的相對(duì)滲透系數(shù)，S_eff表示有效飽和度；

所述能量守恒條件通過如下的能量守恒模型獲得：

其中，C_s、C_w和C_g分別表示充填體顆粒、孔隙水和孔隙氣體的比熱容，k_s、k_w和k_g分別表示充填體顆粒、孔隙水和孔隙氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)，Q表示充填體經(jīng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，表示Q的產(chǎn)生速率；

所述化學(xué)反應(yīng)條件通過如下的化學(xué)反應(yīng)模型獲得：

其中，t_e表示通過Arrhenius定律由絕對(duì)溫度T下的化學(xué)反應(yīng)時(shí)間t轉(zhuǎn)換得到的參考溫度T_r下的等效化學(xué)反應(yīng)時(shí)間。