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<ul><li class="ql-align-justify">研究目的：利用COMSOL Multiphysics 軟件建立了受注礫巖層的孔隙－單裂隙介質(zhì)數(shù)值模型，分析了帷幕墻的注漿效果。</li><li class="ql-align-justify">模型簡(jiǎn)介：將注漿層位礫巖含水層視為孔隙－單裂隙介質(zhì)，建立40 m×30 m 的孔隙－單裂隙介質(zhì)數(shù)值模型，布置1 個(gè)注漿孔和一條單裂隙。

針對(duì)裂隙多孔介質(zhì)流體注入引起天然裂隙的激活，巖石產(chǎn)生新?lián)p傷形成水力裂縫，本案例建立了裂隙多孔介質(zhì)流固耦合-損傷模型，實(shí)現(xiàn)如下功能：（1）采用comsol with matlab建立隨機(jī)天然裂隙網(wǎng)絡(luò)幾何模型；（2）針對(duì)天然裂隙，建立裂隙模型，考慮其變形過程對(duì)裂縫寬度和滲透率的影響，可得到裂隙寬度分布；（3）考慮損傷演化過程和流固耦合作用，巖石孔隙度和滲透率隨著損傷和應(yīng)力大小變化

裂隙多孔介質(zhì)流固耦合-損傷模型comsol-水力壓裂巖石損傷耦合模型 ，含裂縫制作代碼matlab。comsol HM耦合模型 損傷模型 裂隙多孔介質(zhì)注入流體引起天然裂隙，巖石產(chǎn)生新?lián)p傷的數(shù)值模擬，內(nèi)含MATLAB 網(wǎng)裂縫函數(shù)及comsol模型。

我們激活了 多孔彈性接口以實(shí)現(xiàn)固體和流體方程之間的直接耦合，定義了巖石基質(zhì)和裂隙的材料特性和本構(gòu)方程，將巖石/裂隙特性，例如孔隙率、儲(chǔ)水和滲透率定義為局部應(yīng)力/壓力狀態(tài)的函數(shù)，來實(shí)現(xiàn)間接耦合。我們還定義了力學(xué)和水力邊界條件。 第三步:計(jì)算解 我們?cè)趦蓚€(gè)連續(xù)的階段運(yùn)行模型。在第一階段，系統(tǒng)在給定的原位應(yīng)力和壓力條件下達(dá)到初始平衡（通過斜坡加載）。

將各個(gè)部件裝配為整體，將模型中的孔隙部分進(jìn)行挖除。 可對(duì)模型中的不同部分分別設(shè)置材料。

Voronoi模型在comsol內(nèi)建立泰森多邊形骨架支撐網(wǎng)格，模型采用一般的多邊形泰森多邊形孔隙以及樣條曲邊泰森多邊形孔隙做對(duì)比研究，分析模型在承受壓力荷載下的應(yīng)力分布。通過comsol的固體力學(xué)計(jì)算可看出擬圓形Voronoi孔隙支撐結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布更為合理，可有效避免應(yīng)力集中現(xiàn)象。

鉆孔周圍的擾動(dòng)使鉆孔周圍產(chǎn)生大量新的裂隙，改變了煤體的孔隙度，從而提高了煤層的滲透性。建立了考慮煤體塑性破壞的水力沖煤多場(chǎng)耦合模型，利用COMSOL Multiphysics軟件研究水力沖孔過程的機(jī)理和變量的演化規(guī)律。煤層水力沖孔涉及到巖體塑性變形、瓦斯吸附等多物理量的相互作用。

通過軟件將png格式的圖片轉(zhuǎn)換為DXF格式文件，也就是AutoCAD支持的文件：下一步打開COMSOL軟件建立二維模型，導(dǎo)入事先準(zhǔn)備好的dxf模型，需要注意導(dǎo)入選項(xiàng)選擇【不接合】然后通過轉(zhuǎn)換為實(shí)體命令將圖形的外側(cè)輪廓及內(nèi)部孔隙分兩步轉(zhuǎn)換為實(shí)體，這里在選擇內(nèi)部孔隙時(shí)可采用全選的方式更快速的選擇。通過布爾操作與分割中的差集做差，將孔隙部位挖空。

常見的煤體模型為雙重孔隙—裂隙介質(zhì)，在假設(shè)過程中，基質(zhì)系統(tǒng)與裂隙系統(tǒng)的幾何模型重合，即基質(zhì)與裂隙共用一個(gè)幾何模型。本案列嘗試將基質(zhì)與裂隙分開(模型1），并與基質(zhì)、裂隙重合時(shí)的模型(模型2）進(jìn)行比較。

孔隙結(jié)構(gòu)在comsol內(nèi)生成球體或立方體結(jié)構(gòu)的多孔材料結(jié)構(gòu)：comsol泡沫結(jié)構(gòu)，泡沫球體顆粒占比80%： 建模方法采用陣列式隨機(jī)分布，生成符合規(guī)定比例的隨機(jī)孔洞。模型采用CAD隨機(jī)孔隙3D插件生成，然后將多孔結(jié)構(gòu)3D模型導(dǎo)入到comsol軟件內(nèi)。

隧洞局部處于花崗巖軟弱地層,圍巖整體性較差,內(nèi)部含有天然裂隙。3 模型建立3.1 計(jì)算模型取隧洞圍巖圓柱體樣本,樣本尺寸為?50 mm×100 mm。隧道圍巖中含有天然節(jié)理,計(jì)算模型中心內(nèi)置橢圓形斜裂隙：裂隙尺寸為?1 mm×0.5 mm,裂隙與巖石樣本中軸線呈45°（圖1）。模型采用顯示動(dòng)態(tài)分析方法,一共劃分8023個(gè)網(wǎng)格單元,網(wǎng)格類型為C3D8R。

隧區(qū)地下水以孔隙水、基巖裂隙水、巖溶水為主。孔隙水主要賦存于隧區(qū)第四系全新統(tǒng)坡殘積層和出口端基巖全風(fēng)化層中，其含水量微弱，主要接受大氣降雨補(bǔ)給，對(duì)隧道影響小。基巖中裂隙水由于地質(zhì)構(gòu)造的活動(dòng)，斷裂及構(gòu)造節(jié)理裂隙發(fā)育，為地下水的富集提供了良好的空間，在節(jié)理密集地帶或斷裂破碎帶附近地下水量較大，水量豐富。因此在隧道施工過程中，節(jié)理裂隙密集帶或斷裂破碎帶附近可能會(huì)遇到股狀涌水。

裂隙介質(zhì)的流動(dòng)特性與均質(zhì)介質(zhì)顯著不同，裂隙的分布、連通性和幾何形態(tài)對(duì)流體流動(dòng)有著決定性的影響。本案例介紹在COMSOL內(nèi)建立復(fù)雜的圓片裂隙網(wǎng)絡(luò)模型，并模擬流體穿過裂隙時(shí)的流體流動(dòng)行為。 圓片狀裂隙模型可采用CAD纖維密堆積3D插件建立，模型的參數(shù)設(shè)置如圖所示。

通過微觀滲流研究能知道孔隙裂隙內(nèi)的物理、化學(xué)、生物學(xué)和力學(xué)等細(xì)節(jié)，認(rèn)識(shí)微觀滲流機(jī)制和規(guī)律，但是不能提供宏觀綜合數(shù)據(jù)，而后者為生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用所必需；憑借宏觀滲流研究能提供宏觀綜合數(shù)據(jù)，但不知道或不確切知道孔隙裂隙內(nèi)的微觀機(jī)制和規(guī)律。微觀宏觀結(jié)合可使?jié)B流理論深化，使?jié)B流分析計(jì)算更接近生產(chǎn)實(shí)際。

當(dāng)設(shè)置為0時(shí)，可實(shí)現(xiàn)無界面過渡區(qū)模型。 Margin：骨料或孔隙距離試件外表面的距離。當(dāng)設(shè)置為負(fù)數(shù)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)骨料及孔隙穿過試件外表面的效果。 Time：超時(shí)停止，單位秒。模型采用隨機(jī)投放算法，達(dá)到設(shè)定的時(shí)間后停止投放，并生成模型。此參數(shù)若設(shè)置過小可能會(huì)達(dá)不到設(shè)定的比例，應(yīng)根據(jù)骨料及孔隙比例適當(dāng)調(diào)整。

CAD樣圖在購(gòu)買插件前可查看下列插件生成的CAD三維球體及孔隙基體的樣圖，并可嘗試樣圖導(dǎo)入有限元軟件的情況，如無問題可購(gòu)買。樣圖參數(shù)如下：三維隨機(jī)球體及孔隙材料樣圖CAD文件.rar

本案例首先基于圖像處理方法將SEM二維掃描圖像的孔隙模型進(jìn)行了提取，如圖1所示。將提取的孔隙網(wǎng)絡(luò)模型導(dǎo)入有限元軟件中進(jìn)行滲流模擬，模擬結(jié)果如圖2所示。圖1 二維孔隙網(wǎng)絡(luò)模型，圖中藍(lán)色部分為孔隙部分，紅色部分為巖體部分圖2 孔隙滲流場(chǎng)及孔隙內(nèi)細(xì)顆粒遷移運(yùn)動(dòng)過程感興趣的朋友，可下載模型源文件，歡迎交流！