THMC耦合条件下花岗岩裂隙力学和渗透性细观演化机理及其多尺度模型研究

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基本信息

  • 批准号：
    51209085
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    张帆
  • 依托单位：
    湖北工业大学
  • 学科分类：
    E0905.水工岩土工程
  • 结题年份：
    2015
  • 批准年份：
    2012
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2013-01-01 至2015-12-31

项目摘要

This project is devoted to investigate the Thermo-Hydro-Mechanical-Chemical (THMC) coupling problem of cracked granite in radioactive waste underground repositories in China. The different mechanisms of THMC coupling behavior of tensile and compressive-shear cracks are studied through mescopic approach. the tensile and compressive-shear cracks are obtained by triaxial compression tests under different confining pressures. According to mescopic observation and micro-indentation tests, permeability tests, tensile and compressive-shear crack-chemical solution interaction tests under different temperatures as well as THMC coupling creep tests on granite with tensile and compressive-shear cracks, the different mescopic structure and mescopic mechanical properties of tensile and compressive-shear cracks in the aboved tests are compared and the physical mechanism of THMC coupling in tensile and compressive-shear cracks are studied . According to the above investigations, based on the existed multiscale mechanical model of marble and HMC coupling model of sandstone, the multi-scale mechanical model, the multi-scale hydro-mechanical coupling model, the multi-scale model of tensile and copressive-shear crack-thermo-chemical solution interaction and THMC coupling multi-scale model are set up for cracked granite step by step. The numerical algorithm of THMC coupling in cracked granite is developed by FEM method. The evolution of stabilization and transfer properties of host rock of radioactive waste underground repositories under THMC coupling interaction are evaluated. The studied results can offer important theoretic and technical support for site choice, safety design and stabilization analysis of radioactive waste underground repositories in China.
本项目以我国高放废物处置库花岗岩裂隙温度(T)-渗流(H)-应力(M)-化学(C)多场耦合问题为研究核心，从细观角度揭示张拉和压剪裂隙THMC行为的不同耦合机理。利用不同围压下三轴压缩试验产生张拉和压剪裂隙，进行渗透系数测试、不同温度下张拉和压剪裂隙面-化学溶液溶蚀试验、花岗岩张拉和压剪裂隙THMC耦合蠕变试验。通过细观观察和细观压痕试验比较张拉和压剪裂隙面在上述试验中的细观形态和细观力学特性，分析张拉和压剪裂隙内THMC耦合的内在机理。在已有的大理岩力学多尺度模型和砂岩HMC耦合模型的基础上，逐步建立适合花岗岩裂隙的HM耦合多尺度模型、花岗岩裂隙面-温度-溶蚀多尺度模型和花岗岩裂隙THMC耦合多尺度模型。采用有限元方法，提出花岗岩裂隙THMC耦合多尺度数值分析方法，研究我国高放废物处置库稳定性和渗透性的长期演化特征。研究成果可为处置库的选址、设计和稳定性分析提供关键的理论与技术支持。

结项摘要

项目相关结果为高放废物地质处置选址、设计、安全施工和长期稳定性提供了科学依据和基础性资料。按照原定计划，本项目开展了系统研究，总体上实现了预期目标。同时，根据研究的需要及实际研究过程中产生的新思路和发现的新问题，对研究计划进行了个别必要的调整，并就几个方面的问题进行了更深入和更系统的研究，取得了一系列新的成果，在研究的深度上较预期目标有较明显的深入。主要包括：（1）完成了不同围压下三轴压缩试验分别产生张拉和压剪裂隙，对张拉和压剪破坏后裂隙面进行细观观察，测得张拉和压剪裂隙的渗透系数；（2）完成了不同温度条件下张拉和压剪裂隙面-化学溶液溶蚀试验，分析了溶液离子浓度演化，对裂隙面进行了细观观察和细观压痕试验，根据扫描电镜试验结果，对比不同形态花岗岩裂隙面在不同温度条件下化学溶液作用后微观形貌发生变化的差异；（3）完成了温度-渗流-应力-化学耦合作用下张拉和压剪破坏后花岗岩裂隙的蠕变试验，试验过程中测试渗透系数和溶液离子浓度，对试验后的试样进行细观观察和细观压痕试验，根据所揭示的张拉和压剪裂隙内温度、渗流、应力和化学耦合的内在细观机理，建立了可描述花岗岩裂隙温度-渗流-应力-化学耦合行为的多尺度模型；（4）比较张拉裂隙和压剪裂隙的细观形态，建立了适合描述花岗岩裂隙力学行为的多尺度模型；将张拉裂隙和压剪裂隙的水力开度与力学模型中获得的裂隙变形联系起来，引入有效应力，建立了描述花岗岩裂隙渗流-应力耦合行为的多尺度模型；（5）采用化学反应动力学方法描述张拉裂隙和压剪裂隙面主要矿物成份溶蚀规律，引入化学损伤，建立了花岗岩裂隙面-温度-溶蚀多尺度模型；（6）研究溶蚀对张拉裂隙和压剪裂隙变形的影响，建立描述花岗岩裂隙温度-渗流-应力-化学耦合行为的多尺度模型；（7）采用有限元的方法，提出高放废物处置库开挖扰动区和近场围岩温度-渗流-应力-化学耦合过程的数值分析方法，分析了高放废物处置库开挖扰动区和近场围岩温度-渗流-应力-化学耦合过程的长期稳定性评价及其渗透性的长期演化特征。

项目成果

期刊论文数量（12）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
二氧化碳注入下岩层变形和流体运移分析:(Ⅱ)实例分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    岩土力学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    吕涛;胡大伟;盛谦;肖本林
  • 通讯作者：
    肖本林
Influences of Mineralogy and Water Content on the Mechanical Properties of Argillite
矿物学和含水量对泥质岩力学性能的影响
  • DOI：
    10.1007/s00603-013-0413-8
  • 发表时间：
    2014-01-01
  • 期刊：
    ROCK MECHANICS AND ROCK ENGINEERING
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Hu, D. W.;Zhang, F.;Gatmiri, B.
  • 通讯作者：
    Gatmiri, B.
Influences of temperature and water content on mechanical property of argillite
温度和含水量对泥质岩力学性能的影响
  • DOI：
    10.1080/19648189.2013.852485
  • 发表时间：
    2014-01
  • 期刊：
    European Journal of Environmental and Civil Engineering
  • 影响因子：
    2.1
  • 作者：
    Zhang, F.;Hu, D.W.;Xie, S.Y.;Shao, J.F.
  • 通讯作者：
    Shao, J.F.
Estimation of the effective thermal properties of cracked rocks
裂隙岩石有效热性质的估计
  • DOI：
    10.1080/19648189.2015.1084386
  • 发表时间：
    2016-09
  • 期刊：
    European Journal of Environmental and Civil Engineering
  • 影响因子：
    2.1
  • 作者：
    Dawei Hu;Fan Zhang;Fanjie Yang;Jingjing Lu
  • 通讯作者：
    Jingjing Lu
About the interest of using gas to evaluate permeability of damaged granite
关于使用气体评估受损花岗岩渗透性的兴趣
  • DOI：
    10.1080/19648189.2015.1110058
  • 发表时间：
    2017-01-01
  • 期刊：
    EUROPEAN JOURNAL OF ENVIRONMENTAL AND CIVIL ENGINEERING
  • 影响因子：
    2.1
  • 作者：
    Zhang, Fan;Duan, Zhibo;Shao, Jian Fu
  • 通讯作者：
    Shao, Jian Fu

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干热岩水力压裂-热冲击耦合机理及压裂效果评估
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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