核废料贮库围岩介质不可逆过程热力学和热弹性中国烟草学报.PDF

( ) 第19卷　第3期 岩石力学与工程学报 19 3 : 361～ 365 2000年5月 Ch inese J ou rnal of R ock M echanics and E ng ineering M ay , 2000 核废料贮库围岩介质不可逆过程热力学和热弹性 刘亚晨　刘泉声　吴玉山 蔡永庆 ( 中国科学院武汉岩土力学研究所　武汉　430071) (福建省漳州市建设工程质量监督站　漳州　363000) 摘要　根据热力学的基本原理, 导出了核废料贮库裂隙岩体介质热液力耗散过程的定解方程。探讨了非等温条件 下, 体系不可逆热力学过程, 并对其三场耦合控制方程中附加项的物理意义进行了分析。 关键词　不可逆热力学, 热弹性, 能量耗散, 耦合因子, 熵产生, 熵流 分类号　 452, 942　　　　文献标识码　 　　　　文章编号(2000) TU TL A 每一项是一个表征不可逆过程的通量与一个称为热 1　引　言 力学力的量的乘积, 其通量与热力学力满足O ngager “互易关系”。从熵源这一物理意义来说, 其强度可作 从物理意义上来说, 任何力学过程都是与热力 为对体系中所发生的不可逆过程作系统描述的基础, 学过程相容的。但是, 核废料贮库裂隙岩体介质的力 [ 2 ] 是衡量不可逆过程标准的状态函数 。 学过程是一个非等温过程, 决定了它不可能是一个 纯粹的力学过程, 必然伴有热传导和熵产生。在温度 2　基本假设 场、应力场和渗流场共同作用引起的岩体变形过程 中, 能量的分布和演变处于非平衡态, 并以热力耦 核废料在地下处置过程中, 由于放射性同位素 合形式耗散。就这些意义来说, 需要对热力学的非平 衰变, 将产生大量的热量。贮库围岩介质温度升高, 衡性与不可逆性加以考虑。 不但影响了岩体、水体的物理性质, 而且对岩体的应 非平衡态热力学的领域为宏观描述不可逆过程 力场和水体的渗流场也有重要作用。与此同时, 地下 提供了一般纲要。对非平衡态热力学的研究, 人们通 水作为一种环境因素对岩体的物理力学性质和热对 常引入所谓的局域平衡假设来继承和延伸经典热力 流传输具有重要影响, 另一方面, 岩体的热物理特性 学的结论和方法, 使得可以描述包含不可逆过程的 及其中的各种不连续面分别对热传导及地下水渗流 非平衡体系和关联它们的各种性质, 以这样方式列 起着重要控制作用。这三者相互联系、相互制约的性 出的理论方程, 只含有相应于空间一点和一定时刻 质是由温度场、变形场和渗流场三场耦合效应引起 的量, 也就是采用了局部方程的形式。在非平衡态热 的。为了建立这三场耦合的数学模型, 对贮库围岩介 力学中, 熵平衡方程起主要作用。该方程表示在某一 质的基本特性作如下假设。 体积元内的熵, 由于二个原因而随时间变化, 即熵流 ( 1) 贮库裂隙岩体为水