国家自然科学基金(41272279)
- 作品数：6 被引量：71H指数：5
- 相关作者：宋二祥罗爽李鹏陈必光程晓辉更多>>
- 相关机构：清华大学中国铁路兰州局集团有限公司瑞典皇家工学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金国家重点基础研究发展计划更多>>
- 相关领域：建筑科学水利工程更多>>
- 热储岩层单条裂隙换热概念模型的解及相关讨论被引量：4
- 2017年
- 在地热开采工程中,单条裂隙换热的概念模型分析是裂隙岩体换热研究中的基本问题。借鉴已有的平面二维域内单条裂隙和平行裂隙概念模型,针对地热井与周围岩体换热问题,推导了轴对称二维坐标下管状裂隙换热模型在Laplace域内的解析解。数值逆变换后得到的时域内温度解与有限元模拟给出的解吻合良好,从而验证了该解的正确性。围绕概念模型相关假定,讨论了忽略岩体纵向导热系数、忽略水岩界面两侧温差等假设的合理性。数值模拟结果表明,裂隙水换热问题可忽略水的导热性。当研究问题尺度在百米及以上时,水岩界面温差可以忽略。忽略岩石基质纵向导热性将无法考虑周围岩石的热补给,会造成计算开采温度10%以内的相对误差。所建议的分析方法和计算结果可为有关问题的设计分析提供参考。
- 罗爽宋二祥
- 关键词：地热利用
- 路基土体“锅盖效应”的数值模拟分析被引量：16
- 2017年
- 基于对道面下路基土体中"锅盖效应"形成机制的定性认识,依据非饱和土中气液传输及热传导多场耦合理论并考虑水的气液相转换,建议了对此问题进行分析的数学模型。采用有限元方法对道面下路基一维土柱进行模拟分析,揭示了土中水和水蒸气在变温作用下的运移及相变规律,分析了"锅盖效应"形成条件和影响因素。数值结果显示,土质和温度分布对路基土发生"锅盖效应"有较大影响。粉土路基较黏土或砂土路基更易形成水分聚集;路基顶部温度较路基深处温度低时,在温度作用下易引起路基土的"锅盖效应"。这些结果可为进一步研究道路工程中的"锅盖效应"提供参考。
- 宋二祥罗爽孔郁斐李鹏
- 关键词：非饱和土多相渗流
- 二维裂隙岩体渗流传热的离散裂隙网络模型数值计算方法被引量：40
- 2014年
- 针对裂隙岩体渗流传热问题,用解析方法,比较2种不同岩石基质与裂隙水界面热交换假设下的计算结果,对一般裂隙岩体,2种假设下的计算结果相同。基于离散裂隙网络模型的思想,在商业有限元软件COMSOL中实现一种计算已知裂隙网络的裂隙岩体渗流和传热过程的数值方法,该方法可以同时计算岩石基质与裂隙中的渗流和传热过程及二者间的交换,并与解析解比较进行验证。用该方法对一随机生成的二维裂隙岩体进行计算,得到的出口温度曲线,可以反映裂隙岩体渗流传热的早期热突破和长尾效应等特点,并分析岩石基质渗透率、热传导系数的不同取值对裂隙岩体渗流和传热过程的影响。
- 陈必光宋二祥程晓辉
- 关键词：岩石力学裂隙岩体有限元
- 裂隙岩体中力学-渗流-传输耦合离散元模拟被引量：5
- 2014年
- 深部地下工程包括增强型地热系统、核废料的地下处置、CO2地下封存、煤炭地下气化等,都涉及到复杂的水-力-化多场耦合过程。全面理解力学过程影响下的溶质(如放射性核素)传输过程是以上各类工程成功建设和安全运行的重要理论基础。本文基于离散裂隙网络模型的思想,采用离散元方法来模拟应力-渗流耦合过程,而溶质传输过程则用粒子追踪法(Particle tracking algorithm)来进行模拟。溶质传输机理主要考虑了单岩石裂隙中的平流(Advection)、弥散(Hydrodynamic dispersion)以及原岩-裂隙之间的扩散(Matrix diffusion)。结果显示,力学过程对溶质传输过程有着显著影响,会明显改变溶质在裂隙网络中的停滞时间、传输路径和位置分布等。当水力梯度较小时,原岩-裂隙之间的扩散过程将是溶质在裂隙网络中停滞时间的决定性因素。
- 赵志宏井兰如宋二祥
- 关键词：裂隙岩体离散元
- 路基土体“时变覆盖效应”的数值模拟分析被引量：7
- 2019年
- 针对寒区铁路路基浅层土体冻结状况变化时使其透气透水性(覆盖条件)改变,进而影响其内水分迁移、集聚乃至冻胀的现象,提出“时变覆盖效应”这一概念。基于非等温水热气耦合运移模型以及刚性冰模型,建立了对路基土体内水分迁移、冻胀发展进行模拟的数学模型。对时变覆盖效应下水分迁移与冻胀的一维问题进行模拟,揭示了时变覆盖效应下路基土体水分蒸发、迁移的规律。模拟结果显示,时变覆盖效应下,土体的冻胀量较全时完全覆盖条件下相比较小,但仍有可能对铁路设施造成危害。此外,该文还对土性、温差大小以及初始含水量对时变覆盖效应的影响进行了分析。
- 宋二祥仝睿罗爽李鹏
- 关键词：水分迁移蒸发冻胀数值模拟
- 某铁路路基冻胀过程实测及“时变覆盖效应”分析被引量：6
- 2020年
- 针对兰新铁路武威段的路基冻胀选取典型地段进行冻胀过程的现场实测,包括不同深度处的温度、湿度及冻胀量从秋季到冬季再到春季的变化时程。通过对实测数据的分析,力求弄清该干旱低水位地区铁路路基发生冻胀的水分来源。实测数据及分析表明,由于入冬前路基浅层局部土体有一定体积含水率,浅层冻结之后,减小水分的蒸发;同时在温度梯度作用下,有不可忽略的地下水气向上迁移,加大浅层的冻胀。结合此前业内提出的“锅盖效应”概念,提出“时变覆盖效应”概念,可以解释此种环境下路基内的水分迁移及冻胀。
- 仝睿宋二祥赵志宏于洪钦张爱涛
- 关键词：铁路路基冻胀
