Coupled Thermo-Hydro-Mechanical Processes of Fractured Media pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Elsevier Science

作者:

出品人:

页数:596

译者:

出版时间:1997-2-24

价格:USD 240.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780444825452

丛书系列:

图书标签:

Fractured Media
Thermo-Hydro-Mechanical Coupling
Geomechanics
Hydrology
Heat Transfer
Numerical Modeling
Rock Mechanics
Poromechanics
Subsurface Flow
Coupled Processes

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具体描述

《岩体热液力耦合作用机制与工程应用研究》图书简介本书深入探讨了岩体内部复杂的热、水、力耦合作用过程及其在工程地质、岩土工程、能源开采等领域的应用。全书系统梳理了耦合作用的物理机理、数学模型构建方法，并结合大量实例分析了该现象在实际工程中的关键影响。第一章：岩体热液力耦合理论基础本章从宏观和微观尺度出发，阐述了岩体中热力学、水力学和力学三者相互作用的基本原理。重点分析了温度变化、孔隙水流动和应力应变场之间的反馈机制。首先介绍了岩石的热物性参数（如导热系数、比热容）随温度和孔隙水含量的变化规律。随后，详细讨论了水在岩石孔隙和裂隙网络中的渗流机制，包括达西定律在非饱和和高渗透条件下的适用性。在力学方面，深入剖析了热应力和水压对岩石强度、刚度和变形特性的影响，特别是有效应力原理在热液条件下的修正与应用。本章旨在为后续的建模和分析提供坚实的理论基础。第二章：裂隙岩体水力学与热量传输裂隙是岩体中物质传输和能量交换的主导通道。本章聚焦于裂隙网络的水力学和热量传输特性。首先，阐述了单裂隙和大尺度裂隙网络中的流动机理，包括裂隙壁面粗糙度、张开度变化对渗透率的控制作用。引入了基于离散裂隙网络（DFN）和连续介质多孔介质模型的流场描述方法。在热量传输方面，重点讨论了对流、传导和辐射在岩体中的贡献。特别关注了对流换热在水流驱动下的重要性，分析了热柱塞效应（Thermal Plume）的形成与演化过程。本章还探讨了岩石基质与裂隙流体之间的热交换速率模型。第三章：热应力与水力致裂机制热液作用往往是诱发岩体结构失稳的关键因素。本章详细分析了热应力场的形成与演化及其对岩体稳定性的影响。通过能量守恒和动量守恒方程的耦合求解，揭示了温度梯度引起的应力集中区域。重点讨论了岩石的热膨胀/收缩引起的内源应力。在水力方面，本章深入研究了孔隙水压力变化导致的水力致裂（Hydro-fracturing）过程。分析了由热致应力集中与水压耦合作用下，岩石材料的脆性破坏和延性变形模式。引入了岩石损伤力学概念，构建了描述热液作用下岩石强度退化和渗透率增加的本构模型。第四章：耦合过程的数值模拟方法为了准确预测复杂工程环境下的耦合行为，本章系统介绍了多场耦合问题的数值求解技术。重点介绍了有限元法（FEM）和有限差分法（FDM）在处理非线性、非均质介质中的应用。详细阐述了热、水、力三场方程的弱形式、离散化及求解算法。着重讨论了算法中的耦合策略，包括显式耦合、隐式耦合以及迭代求解方案的选择与优化。针对高导热、高渗透率的介质，讨论了网格划分、边界条件设置以及时间步长的稳定性控制。本章还简要介绍了用于模拟大尺度区域耦合问题的地质流/力学耦合模拟软件的原理框架。第五章：工程应用：地热资源开发与封存本书将理论与实践相结合，重点阐述了热液力耦合在现代能源工程中的关键应用。在地热资源开发方面，详细分析了增强型地热系统（EGS）的注采过程中的换热效率、井壁稳定性及水力连通性维持问题。探讨了如何通过优化裂缝网络改造方案，实现热量的高效提取而不引发不必要的地面沉降或诱发地震。在二氧化碳封存（CCS）领域，分析了注入CO2后，温度、压力和相态变化对围岩封盖层完整性的影响，特别是低温下CO2水合物的生成对渗透率的阻塞效应。第六章：工程应用：地下结构稳定性分析本章聚焦于耦合作用对地下工程（如隧道、深层硐室、核废料处置库）稳定性的影响。分析了在核废料处置库中，放射性衰变热对高岭岩或花岗岩类围岩的热软化和应力重分布作用。讨论了大型地下水库或深基坑开挖过程中，地下水位下降引起的热量传递和有效应力增加导致的围岩蠕变和失稳风险。提出了基于耦合分析结果的结构优化设计原则，旨在提高地下工程结构在长期热液载荷下的服役安全性和耐久性。结论与展望本书总结了当前热液力耦合研究的进展，指出了当前模型在描述极端条件（如超高温、超高压）下材料本构关系和多尺度连通性方面的局限性。展望了未来研究方向，包括引入微观尺度颗粒运动、考虑化学反应对物性参数的反馈，以及发展更高精度的多尺度、多物理场集成模拟平台。本书内容涵盖了从基本理论到工程应用的完整链条，适合地质工程、土木工程、能源科学与环境工程等领域的研究人员、工程师及高年级本科生、研究生参考使用。