含缺陷花岗岩热破裂过程中渗流规律研究

Around the coupled problem of heat conduction and seepage in rock near field of nuclear waste repository，by using research methods of inspection, theoretical analysis, experimental study and numerical simulation etc. Building on the microscopic point of view, the seepage characteristics of rock containing three-dimensional single pre-existing flaw of granite with fracture is studied. By using 20 MN servo-controlled triaxial rock testing machine with high temperature and high pressure，with the temperature (20℃～200℃) increased or decreased，Study impaction of Angle, length parameters of the crack to granite seepage. To the thermal stress as a bridge, combined with the experimental data, temperature - seepage mathematical model is established containing defects impact factor of granite.the change regulation of permeability and porosity of granite with fracture is tested and high Starting from the multi field coupling theory，With electron microscope scanning CT experiments, The microscopic damages of single crack defects granite with different Angle, the length is tested under the action of high temperature,The microscopic damage effect mechanism flaws on granite are revealed.Introduced the digital image processing technology and the fractal theory into the rock failure process analysis system, with micro CT image quantitative to the macro crack defect scale, the relationship of granite heat defects between micro parameters and macro seepage parameters is discussed. and the high temperature-seepage coupled model of granite with fracture is established. and the theoretical basis for the multi field coupling of nuclear waste disposal engineering is provided.

围绕核废料地质处置工程中围岩热传导、渗流耦合核心问题，采用现场考察、理论分析、实验研究等方法，从微观角度着手，开展含三维单裂纹缺陷花岗岩在高温热破裂过程中的渗流特性研究。利用改装高温高压岩体三轴试验机及配套系统，测试高温（20℃～200℃）作用下单裂纹缺陷花岗岩的渗透率、孔隙率变化规律，研究裂纹的倾角、长度对花岗岩渗透参数的影响，以热应力作桥梁，结合实验数据，建立含有缺陷影响因子的花岗岩温度-渗流数学模型；从多场耦合理论出发，结合电镜CT扫描等实验手段，研究不同倾角、长度的单裂纹缺陷花岗岩在高温作用下微观损伤测试，揭示缺陷对花岗岩微观损伤影响机理；将数字图像处理技术和分形基础理论引入到岩石热破裂分析系统，将微观CT图像量化到宏观缺陷裂纹尺度，探讨高温缺陷花岗岩微观参数和宏观渗流参数之间的关系；建立正确描述缺陷花岗岩高温-渗流耦合模型；研究成果为核废料处置工程中多场耦合研究提供理论基础。

围绕核废料处置工程中热传导、地下水渗流耦合核心问题，基于岩石力学、渗流力学、热力学、断裂力学以及环境岩土工程学等理论与方法的交叉融合，通过一系列室内试验测试，从宏观多场耦合理论出发，结合花岗岩内部微观变形演化规律，进行了缺陷花岗岩在高温作用下渗透特性研究。通过实验室X衍射试验、扫描电镜－X能谱分析（SEM－EDS）试验确定组成花岗岩的矿物质成份，对比不同温度下岩样SEM图像，从细观上分析花岗岩在温度作用下孔隙、裂隙演化机理；探讨细观结构变化与宏观参数孔隙率、渗透率的相关性。通过液氮吸附试验、高压压汞试验测试高温花岗岩的孔隙率；以花岗岩孔隙率的定义为出发点，以固体颗粒应变增量为主要突破口，引入了含缺陷参数的花岗岩的应变增量，建立了含有缺陷参数的孔隙率和温度数学关系式；以孔隙率为桥梁，建立了高温作用下含有缺陷影响因子的花岗岩温度-渗流耦合数学模型；利用自主改装的“高温高压岩体三轴试验机”进行了高温缺陷花岗岩渗透率的测试，验证了花岗岩渗透率与温度耦合数学模型正确性；探讨了缺陷长度、倾角对渗透率敏感性。应用热力学、Maxwell应力理论，建立了关于集中应力的非线性齐次微分方程，求解出了花岗岩缺陷内部集中应力函数；采用应变等效原理，推导了考虑宏、细观缺陷耦合的花岗岩复合损伤模量的计算模型；通过电镜扫描（SEM）试验、CT扫描试验，研究缺陷花岗岩在高温作用下微观损伤；将CT数引入到缺陷花岗岩破裂过程分析系统，揭示缺陷对花岗岩微观损伤影响机理；通过理论分析和试验测试结果分析，建立花岗岩温度-损伤变化量之间耦合关系；揭示高温缺陷对花岗岩微观参数和宏观渗流参数之间的关系。研究成果为核废料处置工程中多场耦合问题提供一定理论基础。