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多孔介质THM多场耦合分析在诸如核废料地质储存、干热岩和CO2地质埋藏等地质科学领域广泛应用,鉴于其计算的复杂性往往需要借助数值手段。基于角点-中心点网格转换以及三维三点拉格朗日插值方法,通过编制程序将TOUGHREACT和FLAC3D搭接,实现了多相多组分流体-温度-岩石力学的耦合计算分析。为了验证程序的效率及适用性,构建了Salah场地深部咸水层CO2储存数值模型,模拟CO2连续注入3a的地下流体运移和储、盖层的岩石力学变化,并将地表位移与inSAR实测值进行了对比分析。以此为基础进一步模拟了中国西部某盆地CO2地质储存三维筒注模型。结果表明:搭接程序能平滑连接TOUGHREACT和FLAC3D,其考虑岩石力学影响下的注入压力和地表位移等成果符合理论及实际监测规律,同时得到岩石孔隙率、渗透率随CO2注入时间增加而变大的结论。 相似文献
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深部咸水层封存是目前最具前景的CO2地质封存方式。本文通过调研CO2地质封存相关文献，对CO2咸水层封存选址地质评价依据进行分类，总结咸水层封存涉及的定量研究方法并探讨目前CO2地质封存中的不确定性问题。主要认识有：① CO2咸水层封存选址的地质依据可根据在评价中的作用分为两类，第一类是用于可行性评价的通用依据，第二类是用于进一步筛选优选靶区的封存适宜性和安全性指标，其中封存适宜性评价针对的是更加细致的储层特征（相较于可行性评价），而安全性评价则集中在盖层适宜性、场地地震安全性、水文地质条件、地面场地地质条件、储层盖层空间分布和构造六个方面；② 封存潜力评价方面，大范围的可行性评价可首选资料要求较低的面积法进行封存潜力评价，对小范围的优选靶区采取精度更高的容积法和包含更多封存机制的容量系数法；③ 目前CO2地质封存中的不确定性问题主要在于相同依据在不同评价方面产生的不同影响、CO2- 水- 岩反应对储集物性的影响、研究发现的特殊现象、多场耦合模拟研究不系统以及封存潜力计算中参数不确定问题。 相似文献
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地质系统热-水-力耦合作用的随机建模初步研究 总被引：2，自引：0，他引：2
热-水-力(THM)耦合作用是岩石力学与环境地质中的重要基础理论问题,核废料地质处置库周围的缓冲材料和围岩中的热-水-力耦合现象将影响其力学稳定性、热传导性和渗透性,进而影响放射性核素在裂隙岩体中的迁移规律。核废料或放射性废料的地下深埋处置是国际上正在研究的永久性隔离的有效方法之一。因此,对核废料地质处置法安全性评估的一个重要内容就是对裂隙岩体中力学稳定性与构造应力、地下水渗流及热载荷等的耦合作用之数值模拟和评估。这已成为当前刻不容缓的重要的环境影响评价课题。笔者研究了温度场-渗流场-应力场中热传导系数和渗透率以及岩体力学参数的空间变异性,用实验方法研究三场耦合效应及裂隙岩体的场性能等效处理,试图建立热-水-力耦合作用的随机性数学模型及可视化数值模拟方法,为核废料地质处置安全性评估提供直观的新方法。 相似文献
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玄武岩CO2 地质封存相比于常规的封存技术（如驱油驱气注入封存和深部咸水层封存）,具有能促进快速碳矿化、封存效果长期且安全及封存容量巨大等明显优点。目前玄武岩CO2 封存理论方面的研究已经取得了大量进展：① 对常见主要成岩矿物的封存能力进行了排序;② 进一步了解玄武岩的矿物成分、玄武岩层内孔隙分布特征及其形成机理;③ 完善了对玄武岩CO2 封存机理、反应速率及影响因素等方面的认识;④ 查明了玄武岩在地球上的分布并评估了各种典型玄武岩的封存潜力;⑤ 发现适合于CO2 封存的场地主要包括大陆溢流型玄武岩、洋底高原玄武岩和洋中脊玄武岩等三种类型,并对目标储层选择提出了初步评价标准。本文在综述玄武岩固碳机理、玄武岩CO2 地质封存潜力及封存场地与目标储层选择的基础上,介绍了世界上已有的三个玄武岩CO2 地质封存工程示范项目：冰岛Carbfix、美国Wallula和日本Nagaoka,探讨了玄武岩CO2 地质封存存在的若干问题：① 反应速率受多种因素影响,对最终封存效果起着决定性作用;② 堵塞或压裂和保护层会影响注入封存的稳定性或可持续性;③ 封存潜力评价方法和结果不同;④ 封存场地选址和储层选择缺乏统一标准与规范;⑤ Carbfix方法的使用受限。 相似文献
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CO2深部咸水层地质封存被认为是减缓温室效应的一种有效的工程技术手段。针对神华鄂尔多斯105 t/a CO2捕集与封存(CCS)示范项目,用数值模拟方法对CO2在地层中的运移过程进行了详细地刻画,分析了CO2的流动迁移、地层压力积聚过程及地层封存潜力。数值模型不但可以为工程的顺利进行提供技术支撑,而且可以节省人力财力。首先,根据实际监测数据对模拟参数进行校准,得到了合适的压力拟合曲线,确定了主要的水文地质参数。然后,对为期3 a的CO2续注工程进行预测,详细分析了CO2的晕扩散、溶解情况、地层压力变化情况、储层封存潜力等。得到如下结论：CO2在3 a内的最大迁移距离约为350 m;水裂可以有效提高CO2的注入性;隔离层能有效防止CO2逃逸。研究表明,尽管鄂尔多斯盆地属于低渗咸水层仍然能够有效安全地封存CO2。 相似文献
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鄂尔多斯盆地马家沟组二氧化碳地质封存有利区优选 总被引：1，自引：0，他引：1
CO2地质封存技术（CCS）是目前国际上实现CO2大规模低成本减排的最佳选择之一,而CO2地质封存的首要问题是CO2封存有利区优选。针对鄂尔多斯盆地马家沟组CO2地质封存有利区优选研究不足的现状,本文借助大量的地质、钻井、地球物理及测试分析,对鄂尔多斯盆地马家沟组地层水矿化度条件、温压条件、储层条件、构造条件及盖层条件进行研究分析,从而对CO2地质封存区域边界进行确定。在此基础上,出于CO2地质封存技术性和经济性考虑,进一步再优选出储层条件优越、距离CO2捕集装置较近、勘探程度较高、地层埋深合适且对其他矿产开发影响甚微的地区进行CO2地质封存。结果表明：①确定鄂尔多斯盆地适宜CO2地质封存的地区位于摆宴井-沙井子断裂以东、渭北隆起北缘断裂以北、黄河断裂以西、伊盟隆起以南的广大地区,主要包括伊陕斜坡和天环坳陷内的除中央古隆起缺失区以外的马家沟组分布地区;②乌审旗—靖边—延安岩溶斜坡区（Ⅰ1）为盆内最佳CO2地质封存区;③榆林—米脂岩溶盆地区（Ⅰ2）是CO2地质封存的有利场所。 相似文献
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CO2地质封存是减少温室气体向大气排放的有效措施之一,而深部咸含水层CO2地质封存是目前可行的最有潜力的封存技术。先前研究表明,松辽盆地是一个潜在的封存场地。基于对松辽盆地地质资料的初步分析,选取三肇凹陷的姚家组1段和青山口组2、3段地层作为CO2的注入层,建立一个典型二维模型,研究CO2注入后的迁移规律。结果表明,CO2注入后会向上和侧向迁移,后期可能出现的对流作用能促进CO2的溶解。残留气体饱和度、注入层水平和垂直渗透率的比值对模拟结果影响最大。此外,储层中的薄页岩夹层有利于CO2的溶解,因此,在保证注入性和封存量的情况下,储层中低渗透性夹层是允许的。 相似文献
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浅谈城市地下空间开发中的关键科学问题与创新思路 总被引：1，自引：0，他引：1
城市地下空间开发是提高城市土地利用率,扩大城市容积率,增强城市综合承载能力,缓解交通拥堵,解决环境污染及洪涝灾害等“城市病”,促进城市可持续发展的重要途径。概述了目前我国城市地下空间开发中存在的问题及危害,分析了城市地下空间开发中涉及地下建筑结构与地质结构系统的关键科学问题：地质结构要素间的多场耦合作用机理不清;地质结构系统动态平衡的动力学机制不明;地质结构与地下建筑结构的互馈机理仍需深入探索;地下建筑结构的灾变机理及其演化的动力学机制不清;地下空间工程的灾害预测与动态调控机制有待深入研究。最后提出了相应的创新思路：研究施工扰动下地质结构的多场耦合作用机制与边际效应以及地质结构与地下建筑结构在多场耦合作用下的互馈机制和综合系统的动力学过程,概化其力学模型;厘清内外动力作用对地下建筑结构的边界效应及材料性能劣化机制,破解复杂地质结构环境下地下建筑结构灾变机理及演化过程,建立地下建筑结构与地质结构综合系统的灾变理论;建立城市地下空间工程灾害超前判识、预警预报与风险控制理论及安全防护理论体系,形成地下空间工程的防灾减灾机制。 相似文献
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葛秀珍 《前寒武纪研究进展》2012,(3):195-205
温室气体CO2的大量排放给全球气候和环境带来的巨大影响,受到了世界各国的关注。实现CO2的深度减排是人类可持续发展的必由之路。CO2地质储存是缓解碳排放行之有效的方法之一。本文通过以下几方面论述了国外CO2地质储存的现状以及对未来的展望：1）CO2捕集机理,2）CO2地质储存,3）CO2地质储存项目现状与未来预测,4）CO2地质储存场地储量评估,5）CO2地质储存监测技术,6）CO2地质储存模拟工具,7）CO2地质存储经费等。 相似文献
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温室气体CO2的大量排放给全球气候和环境带来的巨大影响,受到了世界各国的关注.实现CO2的深度减排是人类可持续发展的必由之路.CO2地质储存是缓解碳排放行之有效的方法之一.本文通过以下几方面论述了国外CO2地质储存的现状以及对未来的展望:1)CO2捕集机理,2)CO2地质储存,3)CO2地质储存项目现状与未来预测,4) CO2地质储存场地储量评估,5)CO2地质储存监测技术,6)CO2地质储存模拟工具,7)CO2地质存储经费等. 相似文献
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高放废物地质处置库处于温度?渗流?应力（THM）多场耦合环境中,对高放废物处置库进行安全评估时,需进行多场耦合分析。然而,高放废物处置库开挖引起硐壁附近围岩应力重分布,产生损伤,导致围岩热学参数（T）、渗流参数（H）和力学参数（M）发生变化,且在空间上分布不均匀,这将会对运营期处置库THM耦合演化过程产生显著影响。通过分析高放废物处置库温度?渗流?应力三场的耦合原理和处置库围岩损伤的分布和演化规律,定义了损伤变量和损伤演化准则,并将损伤变量与热学参数、渗流参数、力学参数以及多场耦合参数（Biot系数、Biot模量和温度排水系数）建立联系,将围岩损伤与温度?渗流?应力建立联系,形成了一个弹塑性损伤温度?渗流?应力多场耦合数值模型,然后利用建立的模型对瑞士Mont Terri高放废物地质处置库围岩加热试验进行模拟,对比了模拟值和试验值,比较了考虑开挖损伤和不考虑开挖损伤对高放废物地质处置库温度?渗流?应力的影响,并分析了在多场耦合作用下开挖损伤的演化规律。 相似文献
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土石混合体的研究现状及研究展望 总被引：9，自引：2，他引：7
土石混合体是不同于岩体与土体的一种地质材料,其物理力学特性的研究越来越受到工程界关注。本文首先介绍了土石混合体概念的提出,并以土石混合体在我国的广泛分布特点与工程中的诸多实际问题阐述了其研究具有重要的工程价值与理论意义。另一方面,通过大量与土石混合体相关的文献检索与分析,本文从力学试验、几何结构研究和数值模拟等不同方面总结了近年来土石混合体研究的成果,指出结构效应是土石混合体重要而又特有的一个特征,其几何结构模型与数值模拟的研究也取得了许多重要而有价值的成果。最后,针对土石混合体研究中仍存在的不足,本文展望并探讨了土石混合体今后的研究方向,提出了地质成因与物质组成结构特征、水与土石混合体的耦合作用、土石混合体三维数值模拟研究、以及土石混合体力学参数快速确定方法等4个方面的研究内容与研究思路。 相似文献
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高放废物处置库中乏燃料持续释放的热量对围岩的应力场和渗流场及其长期稳定性具有重要影响。围岩的热学参数依赖于岩石矿物组成、孔隙率和孔隙流体等因素,准确取值是进行高放废物地质处置库多场耦合分析的前提。通过细观力学分析,建立了围岩等效热学参数（热容、热传导系数、热膨胀系数）取值方法,并基于Biot孔隙介质理论,建立应力?温度?渗流三场耦合模型,进而提出了高放废物处置库围岩应力?渗流?温度耦合数值模拟方法。最后通过COMSOL Multiphysics多场耦合软件,利用瑞士Mont Terri高放废物地下试验室围岩温度?渗流?应力多场耦合现场试验数据对数值模拟方法进行验证,并探讨了温度?渗流?应力耦合过程的演化规律。研究表明,模拟结果和试验值吻合良好。研究结果可为我国高放废物处置库的安全评估和选址提供科学依据。 相似文献
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The paper presents advances in the discrete element modelling of underground excavation processes extending modelling possibilities
as well as increasing computational efficiency. Efficient numerical models have been obtained using techniques of parallel
computing and coupling the discrete element method with finite element method. The discrete element algorithm has been applied
to simulation of different excavation processes, using different tools, TBMs and roadheaders. Numerical examples of tunnelling
process are included in the paper, showing results in the form of rock failure, damage in the material, cutting forces and
tool wear. Efficiency of the code for solving large scale geomechanical problems is also shown. 相似文献
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川藏铁路是我国正在建设的世纪工程,复杂的地质演化史导致铁路廊道地质环境差异大,水文地质、工程地质和环境地质问题复杂多变,在工程施工及今后运营中值得高度关注。在简要回顾川藏铁路廊道以往地质工作的基础上,阐述了铁路建设面临的水工环地质问题,包括高原构造岩溶高压突涌水、断裂带基岩裂隙高压突水突泥、高温热水热害等水文地质问题,活动断裂断错与强震灾害、高地应力与深埋隧道岩爆和大变形、特殊岩土体的不良工程特性与灾害效应、高位远程滑坡灾害链等工程地质问题,含煤地层和热液矿床酸性水腐蚀性、湿地生态退化演替、铁路建设与敏感生态环境的互馈效应等环境地质问题。提出了今后值得深入研究的关键科学技术问题:水文地质方面包括高原岩溶发育层序规律与构造岩溶蓄水构造类型、深埋隧道突水突泥的孕灾致灾模式与预测方法、活动断裂控热机制与地下热水循环模式、高温热害风险识别及地热资源化技术等问题;工程地质与地质灾害方面包括活动断裂的精细特征与工程断错效应、复杂地质构造区深部构造应力场特征、构造混杂岩带工程地质特性与灾害效应、水-力-热多场耦合作用下深埋隧道围岩稳定性与灾害效应、内外动力耦合作用下的高位远程滑坡机理及风险防控技术等问题;环境地质方面包括高原多源水转化循环机制与生态脆弱区生态需水量控制技术、隧道建设的水文生态环境效应、生态地质环境监测评价与保护关键技术、全球气候变暖的地质生态环境效应等问题。从公益性地质调查和商业性工程勘察相结合的角度,提出了地质调查是基础、科技攻关是关键、灾害隐患监测与工程治理协调推进的应对策略,为国家重大工程规划区的水工环地质工作发展方向提供了参考建议。 相似文献
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An Approach for Modeling Rock Discontinuous Mechanical Behavior Under Multiphase Fluid Flow Conditions 总被引：1，自引：0，他引：1
Peng-Zhi Pan Jonny Rutqvist Xia-Ting Feng Fei Yan 《Rock Mechanics and Rock Engineering》2014,47(2):589-603
In this paper, the two computer codes TOUGH2 and RDCA (for “rock discontinuous cellular automaton”) are integrated for coupled hydromechanical analysis of multiphase fluid flow and discontinuous mechanical behavior in heterogeneous rock. TOUGH2 is a well-established code for geohydrological analysis involving multiphase, multicomponent fluid flow and heat transport; RDCA is a numerical model developed for simulating the nonlinear and discontinuous geomechanical behavior of rock. The RDCA incorporates the discontinuity of a fracture independently of the mesh, such that the fracture can be arbitrarily located within an element, while the fluid pressure calculated by TOUGH2 can be conveniently applied to fracture surfaces. We verify and demonstrate the coupled TOUGH–RDCA simulator by modeling a number of simulation examples related to coupled multiphase flow and geomechanical processes associated with the deep geological storage of carbon dioxide—including modeling of ground surface uplift, stress-dependent permeability, and the coupled multiphase flow and geomechanical behavior of fractures intersecting the caprock. 相似文献
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煤层处置CO2 的二元气- 固耦合数值模拟 总被引：2，自引：0，他引：2
利用不可开采煤层处置二氧化碳可以有效控制温室气体的排放量并可驱动和增加煤层气资源的开采量。二氧化碳注入煤层处置后引入一个复杂的CH4-CO2二元气体与煤体的气固耦合问题,耦合了二元气体竞争吸附、竞争扩散,气体渗流以及煤体变形过程。基于COMSOL Multiphysics建立了二元气固耦合的有限元数值模型,并应用数值模拟实验对二元气固耦合进行了机理分析。模拟结果表明,CO2注入煤层后不断驱替CH4,CH4组分明显减少;气体吸附引起的煤层膨胀量可以抵消部分有效应力引起的压缩变形,由于CH4-CO2二元气体较单一CH4引起的煤层吸附膨胀量大,二氧化碳注入煤层后可以缓解煤层的压缩变形;不同孔隙压力条件下,吸附膨胀与孔隙压力两者竞争作用引起的煤层净变形不同,而净变形也控制着煤层孔隙压力和渗流率的变化,煤层渗透整体呈现先降后升,模拟进行到4.66×107 s时煤层渗透率发生反弹。 相似文献