基于多孔介质理论的地基土变形模量估算方法

土的变形模量是基础沉降弹性分析理论所必需的基本参数,而目前我国的岩土工程勘察报告一般并不提供土的变形模量。通过对前人研究结果的总结分析,基于多孔介质理论,并考虑土的泊松比、孔隙比及土体扰动等影响因素,笔者提出了一种根据土的压缩模量估算变形模量的方法,对于应用弹性理论计算基础沉降和充分利用已有研究资料都具有实际的意义。     

分形多孔介质孔隙微结构参数与渗透率的分维关系

根据分形几何理论的基本概念,就无序分形多孔介质孔隙率φ和渗透率K与多孔介质结构分数维数Df的关系进行了推导,利用Sierpinski固相分形体(Solid mass fractal)与孔相分形体(Pore mass fractal)概念对分形多孔介质微结构特征、孔隙累积数量-尺寸分布和孔隙率φ等参数及其物理关系给予了详细论述,定量地分析和讨论了基于不同模型的渗透率-分形维数关系与它们的差异.     

多孔介质两相系统毛细压力与饱和度关系试验研究

两相系统毛细压力-饱和度(h~S)关系曲线的确定是多孔介质多相流动研究的基础。采用简易试验装置对理想和实际介质中水-气和油-水两相系统中的h~S关系曲线进行了测定。试验结果表明,对于相同两相系统,多孔介质孔隙度愈小,同一毛细压力对应的饱和度相应愈大;对于不同两相系统,理想介质的关系曲线在一定毛细压力以下平缓,较大毛细压力时陡直,实际介质关系曲线走势相对较陡。分析结果表明,水-气和油-水两相系统的实测数据符合Parker等提出的基于van Genuchten(1980)关系式的折算理论;应用折算理论,可以在同一多孔介质某一两相系统h~S关系已知的情况下较好地估计同一孔隙度条件下其它两相系统的h~S关系曲线。     

多孔介质油水两相k~s~p关系数学模型的实验研究

数学模型是研究相对渗透率与饱和度关系曲线的重要方法。采用自行开发设计的人工平面多孔介质模型,测定了相对渗透率与饱和度的关系曲线。多孔介质选择粒径为0.5~1mm、1~2mm的标准砂,纯净的水为湿润相,用3号苏丹红染色的93#汽油为非湿润相,组成多孔介质油水两相流动系统。采用Van Genuchten and Mualeum(VGM)和Brooks-Corey-Burdine(BCB)两种数学模型计算相对渗透率与饱和度的关系曲线,通过比较两种数学模型计算结果之间和模型计算结果与实测结果的差异以及模型的应用、多相渗流系统自身特征,得出VGM、BCB两种数学模型计算结果符合实际情况,VGM模型应用过程更为简便,但VGM模型具有一定适用条件;在砂性多孔介质中,BCB模型计算相对渗透率与饱和度关系曲线更准确。     

多孔介质中氢氧化铁表面膜分布与微生物运移

微生物在矿物表面上的吸附作用是影响微生物在含水层中运移最为重要的因素之一,而掌握了微生物在含水层中迁移规律对当地制订地下水的生物治理工程尤显必要。由于在多孔介质中矿物质存在化学不均一性,因此分几种情况评价氢氧化铁表面膜存在及分布对微生物运移规律的影响。     

多孔介质孔隙的分形特征与分维数计算

本文讨论了多孔介质孔隙的分形特征及其定量描述指标－－分数维的计算方法。同时给出不同类型多孔介质分维数的计算值。     

多孔介质渗透特性的试验研究

本文通过理论和试验完整地对多孔介质(主要指粒状介质)进行了分析,并认为粒状介质的渗透规律是受外部因素(水力梯度)和内部因素(介质本身和流体)综合构成的属性,其渗透规律乃是一个完整的物理过程。通过理论分析给出了多孔介质的统一表达式,并通过试验着重研究了孔隙率和流态的关系。     

多孔介质水油两相系统相对渗透率与饱和度关系试验研究

相对渗透率和饱和度定量关系是多孔介质多相流动系统中重要的动力学参数关系。使用设计的试验装置及试验方法测定了一维砂柱中油水两相动态流动系统的相对渗透率及饱和度数据,由试验结果分析表明:所测得的相对渗透率与实际情况吻合较好;细砂的强亲水性对不同先湿条件下的油、水相相对渗透率及饱和度有较大影响,并造成了不同先湿条件下流体间驱替机制的差异;相饱和度是影响相对渗透率的主要因素,孔隙空间中两种流体的分布方式和流体的饱和历史也影响各相相对渗透率。对试验结果用VGM模型(Parker-Lenhard模型)进行拟合所得结果较好;在水先湿条件下,将van公式拟合毛细压力-饱和度数据所得拟合参数用于VGM模型预测相对渗透率-饱和度曲线,所得结果与VGM模型直接拟合所得结果有差异,但两者所得结果均较好。     

深部岩体多孔介质流变模型的研究

考虑到传统流变模型在反映载荷水平影响和描述加速蠕变阶段方面的缺陷,在改进传统流变元件模型的基础上,引入非理想黏性元件,建立了在数学上能体现载荷水平影响并能描述加速蠕变的新的改进流变模型;同时从定义出发,考虑到孔隙度的动态性,对孔隙度和通用有效应力公式进行修正;鉴于岩体的孔隙性和不均匀性,把岩体看作多孔介质,应用多孔介质理论中的有效应力代替改进岩土流变模型中的恒应力,计入温度和孔隙压的影响,最终建立了深部（高温度、高地压和高孔隙压）岩体多孔介质流变模型。     

A simple relationship between isothermal bulk modulus and thermal pressure for geophysical minerals

The variations in isothermal bulk modulus with an increase in temperature are found to be related linearly with the change in thermal pressure for geophysical minerals, such as MgO, CaO, Al₂O₃, MgAl₂O₄ and Mg₂SiO₄. Analysis of the relationship yields a value of the Anderson–Gruneisen parameter for each mineral in close agreement with known values. An important finding of the present study is the derivation of an isobaric equation of state representing the relationship between volume and temperature at ambient pressure. This equation for isobaric volume expansion looks like the Birch equation for isothermal compression. The calculated values of volume expansion for the minerals at high temperatures present close agreement with the available experimental data. The formulation developed in the present study has also been used to predict the volumes at simultaneously elevated temperatures and pressures for CaSiO₃ perovskite and NaCl minerals, in good agreement with the experimental values.     

A bridge between dual porosity and multiscale models of heterogeneous deformable porous media

In this paper, a multiscale homogenization approach is developed for fully coupled saturated porous media to represent the idealized sugar cube model, which is generally employed in fractured porous media on the basis of dual porosity models. In this manner, an extended version of the Hill-Mandel theory that incorporates the microdynamic effects into the multiscale analysis is presented, and the concept of the deformable dual porosity model is demonstrated. Numerical simulations are performed employing the multiscale analysis and dual porosity model, and the results are compared with the direct numerical simulation through 2 numerical examples. Finally, a combined multiscale-dual porosity technique is introduced by employing a bridge between these 2 techniques as an alternative approach that reduces the computational cost of numerical simulation in modeling of heterogeneous deformable porous media.     

Computation of large-scale parameters for dispersion in fissured porous medium using finite-volume method

In this work, we are interested in solute transport in fissured porous media. The medium is considered as a special case of a two-region system, and a two-equation model previously obtained from a volume averaging technique is used to derive large-scale dispersion coefficients. These coefficients are obtained as solutions of a set of closure problems and the main objective of this work is to present an efficient method to solve these closure problems. The method makes use of an unstructured grid and special techniques to take into account the fissure network. Results are compared with other existing methods on simple fissured media. Finally, the technique is applied to a complex structure.     

碳酸盐岩中喀斯特水的“多元”空隙研究

喀斯特水的特征与其他岩石中的裂隙水、孔隙水具实质性区别,主要原因是碳酸盐岩发育有多元空隙,导致喀斯特化岩体中的水介质复杂多样性。为便於深入研究,本文把喀斯特水运动归纳为两个类型:(1)不纯碳酸盐岩、结晶白云岩、中国北方的灰岩中的溶隙水,流态为层流运动;(2)中国南方的灰岩中的溶洞水(指Ⅲ水动力带),流态为紊流运动。     

饱和多孔介质热-水-力控制方程耦合项的意义及耦合影响分析

基于饱和多孔介质完全耦合条件下热-水-力控制方程的一般形式,对各耦合项的物理意义进行了分析。以等温条件下水-力耦合的Biot渗透固结理论和等压条件下热-力耦合的热弹性理论两种退化形式为基础,给出耦合系数的物理意义及其函数表达式。研究表明,其中一些耦合系数实际上有相同的物理意义和数学形式,因而可使控制方程得到简化。针对不同的介质特性以及热、水、力条件,给出几种特定情形下控制方程的简化形式。以无限大多孔介质中球域热源的热力学响应分析为例,对一些耦合项的影响程度进行了比较研究。     

Numerical study of boundary conditions for solute transport through a porous medium

A transition region may be defined as a region of rapid change in medium properties about the interface between two porous media or at the interface between a porous medium and a reservoir. Modelling the transition region between different porous media can assist in the selection of the most appropriate boundary conditions for the standard advection–dispersion equation (ADE). An advantage of modelling the transition region is that it removes the need for explicitly defining boundary conditions, though boundary conditions may be recovered as limiting cases. As the width of a transition region is reduced, the solution of the transition region model (TR model) becomes equivalent to the solution of the standard ADE model with correct boundary conditions. In this paper numerical simulations using the TR model are employed to select the most appropriate boundary conditions for the standard ADE under a variety of configurations and conditions. It is shown that at the inlet boundary between a reservoir and porous medium, continuity of solute mass flux should be used as the boundary condition. At the boundary interface between two porous media both continuity of solute concentration and solute mass flux should be used. Finally, in a finite porous medium where the solute is allowed to advect freely from the exit point, both continuity of solute concentration and solute mass flux should be used as the outlet boundary condition. The findings made here are discussed with reference to a detailed review of previous relevant theoretical and experimental observations. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于分形理论的赫巴流体在多孔介质中的渗流模型

泥浆是一种用途广泛的工程浆液,在工程施工过程中会渗流进入地层,给工程带来一定的影响。为深入研究泥浆的渗流机理,把地层模拟为多孔介质,泥浆模拟为能更全面地反映其流变性能的赫巴流体,基于分形理论,建立赫巴流体在多孔介质中的渗流模型。基于渗流模型计算结果,详细分析压力梯度、流性指数、稠度系数及孔隙率等参数对多孔介质中赫巴流体瞬时平均流速的影响,指出流速变化与压力梯度、流性指数及稠度系数的变化均呈幂指数关系,与孔隙率变化呈二项式关系,且流性指数是一个影响赫巴流体渗流速度的极敏感因素。渗流模型计算结果为相关工程中泥浆方案的设计与施工奠定了一定的理论基础。     

岩体波速与坝基岩体变形模量关系

岩体变形模量是岩体工程设计最重要的参数之一,尽管其可以通过各种现场试验来获得,但因其耗时、费力、投资大,使得许多中小型工程及大型工程的初步设计阶段无法通过试验来得到这一参数。因此,许多研究者建立了诸多岩体变形模量与岩体物理力学参数或岩体质量分级之间的相关关系,如岩体变形模量与RQD、RMR分级、Q分级、岩体纵波速度等之间的关系,从而利用这些关系估算岩体变形模量。总结了已有估算岩体变形模量的各种方法,讨论了其应用条件及预测结果,重点分析了利用岩体纵波速度估算岩体变形模量的方法及存在的问题,并以玛尔挡坝址为实例,建立了相关预测公式。通过与已有估算方法的对比研究,阐明了各种方法预测结果的异同,表明其建立的估算公式与Barton等公式具有较好的一致性,可以用来估算岩体的变形模量