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A 2D Fully Coupled, Thermo-hydro-mechanical Modeling for Fault Activation Using the Combined Finite–Discrete Element Method (FDEM)

  • 03.03.2026
  • Original Paper

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Abstract

In diesem Artikel wird ein 2D-vollgekoppeltes thermo-hydro-mechanisches Modell (THM) vorgestellt, das die kombinierte Finite-Diskrete-Elemente-Methode (FDEM) zur Simulation der Fehleraktivierung durch Kaltflüssigkeitseinspritzung in geothermische Systeme verwendet. Das Modell integriert Poren-Bruch-Sickerwasser, Wärmeleitung und mechanische Reaktionen, um die komplexen Wechselwirkungen bei der Gewinnung geothermischer Energie zu erfassen. Der Artikel überprüft die Genauigkeit des THM-Modells anhand dreier numerischer Benchmarks und demonstriert seine Effektivität bei der Simulation der Wärmeleitung von Flüssigkeiten, der Wärmekonvektion und des Wärmetransfers zwischen Flüssigkeit und Gestein. Darüber hinaus untersucht die Studie die Auswirkungen der anfänglichen Gesteinstemperatur, des eingespritzten Punktedrucks und des Wärmeausdehnungskoeffizienten auf Bruchstellen und seismische Aktivität. Die Ergebnisse zeigen, dass höhere anfängliche Gesteinstemperaturen und thermische Ausdehnungskoeffizienten die Verschiebung und Öffnung von Bruchstellen verbessern, was zu einer aktiveren und breiteren Verteilung seismischer Ereignisse führt. Im Gegensatz dazu haben Schwankungen des eingespritzten Drucks nur minimale Auswirkungen auf Bruchstellen und seismische Aktivität. Der Artikel schließt mit der Diskussion des Potenzials des THM-Modells zur Bewertung der induzierten Seismizität bei der Nutzung tiefer Energie und skizziert zukünftige Forschungsrichtungen zur Verbesserung der Recheneffizienz und -genauigkeit.

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Titel
A 2D Fully Coupled, Thermo-hydro-mechanical Modeling for Fault Activation Using the Combined Finite–Discrete Element Method (FDEM)
Verfasst von
Weibing Cai
Lei Yang
Shuai Zhang
Wei Wang
Yong Li
Publikationsdatum
03.03.2026
Verlag
Springer Vienna
Erschienen in
Rock Mechanics and Rock Engineering
Print ISSN: 0723-2632
Elektronische ISSN: 1434-453X
DOI
https://doi.org/10.1007/s00603-026-05369-3
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