非均匀多孔介质等效渗透率的普适表达式

多孔介质渗流是普遍的物理过程,涉及地下工程、地热开采、环境工程等各行各业,尤其是工程建设,常面临防渗问题。由于地质条件的复杂性,工程区域地层受到成岩、压实、风化、生物作用等各种影响,故渗流性质复杂,常需要对建设区域的渗流状况进行数值模拟,从而为工程的设计施工提供决策依据。数值仿真结果依赖于对地层介质关键参数的选取,但目前工程多将其视为均匀介质处理,对于介质的非均匀特性考虑较少。文章旨在研究非均质多孔介质渗透率空间分布与等效渗透率的关系。基于连续介质假定、达西定律以及非均匀多孔介质渗透率空间分布函数,建立一维到三维的达西渗流问题模型,通过求解偏微分方程和理论推导,得到基于渗透率空间分布函数的等效渗透率理论表达式,并与有限元计算的数值解进行对比分析,结果表明理论值和数值解误差很小,证明等效渗透率的表达式的合理性。利用该成果可通过多点局部渗透率的测定构建渗透率空间分布函数,从而对整体渗流区域的渗透性质进行快速计算和评估,从而简化异常复杂的工程地质模型以减少计算量需求,对于工程仿真的快速计算和结果评估有重要意义。