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专利号: 2020111223418
申请人: 长安大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种富水岩石冻融循环颗粒流数值模拟方法,其特征在于,该方法将低温条件下富水岩石简化为包含岩石颗粒、冰颗粒的颗粒流试样,通过改变冰颗粒的体积来模拟孔隙水低温冻胀过程;模拟过程中,计算当前时间点的当前环境温度、未冻水含量和冰颗粒的体积的目标值,最后根据当前环境温度所获得的冰颗粒的体积的目标值改变每个冰颗粒的体积;模拟岩石的冻融循环。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,该方法的具体过程是:设定冻融循环过程的环境温度的变化范围及冻融循环周期,并设定冻融循环过程的所需的循环次数,包括以下步骤:(1)建立富水岩石颗粒流试样并赋予力学参数,该试样包括岩石颗粒、冰颗粒、岩-岩粘结、冰-冰粘结和冰-岩粘结,设定环境温度随时间变化关系,进行冻融降温或升温过程;

(2)在冻融升温或降温过程中每隔一段时间计算当前时间,并根据当前时间及步骤(1)的变化关系,确定当前环境温度;

(3)根据当前环境温度确定当前环境温度下岩石内未冻水含量;

(4)根据未冻水含量计算出每个冰颗粒在当前环境温度下的体积,以该体积作为对应冰颗粒在当前环境温度下体积的目标值;将获得的每个冰颗粒的目标值对应的赋给每个冰颗粒,更新试样中所有冰颗粒在当前环境温度下的体积;

(5)计算当前温度条件下岩石试样内应力状态;

(6)当环境温度大于升温的目标温度或小于降温的目标温度后,完成一次冻融单向过程;

(7)反向进行上述过程,即之前是冻融升温过程,变成降温过程,之前是冻融降温过程,变成升温过程,重复步骤(2)-(6),完成一次冻融;

(8)重复步骤(2)-(7)直到达到循环次数,即完成冻融循环模拟。

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:所述岩石颗粒用于模拟岩石基质,冰颗粒用于模拟孔裂隙冰;所述岩-岩粘结为岩石颗粒之间的粘结,冰-冰粘结为冰颗粒之间的粘结,冰-岩粘结为冰颗粒和岩石颗粒之间的粘结。

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,忽略岩石基质体积随温度的变化;岩石内未冻水含量基于当前温度计算得到;冰颗粒的体积基于未冻水含量的变化而变化。

5.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤(4)中每个冰颗粒在当前环境温度下的体积的计算方法为:式中,V为当前环境温度下冰颗粒的体积,V0为冰颗粒0℃条件下的体积,ρw为水的密度,ρi为冰的密度,T为当前环境温度,wu为未冻水含量。

6.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述步骤(3)中的未冻水含量为当前环境温度下岩石内部未冻水与总含水量的比值,用以下公式计算:其中,Wu为未冻水含量,T为当前环境温度。