多孔材料等效导热系数与分形维数关系的数值模拟研究

采用有限元方法模拟了多孔材料的导热系数与孔隙率和分形维数之间的非线性关系。有限元模型中的固体骨架和孔隙根据孔隙率的大小随机生成,模型中的材料参数和单元属性用ANSYS中的APDL参数化语言赋值。根据有限元随机模拟断面的热流密度分布和稳态热传导傅立叶定律,计算在不同孔隙率条件下的等效导热系数。研究表明,多孔材料模型等效导热系数随着孔隙的增加而线性减小。在孔隙率为常数的条件下,模型等效导热系数随着模型比例因子的增加而呈指数增加。等效导热系数随着孔隙分形维数的增加而减小,随着固体颗粒分形维数的增加而增加。     

基于正交试验法的随机地震响应的参数分析

考虑地震的随机性和土体的非线性,引入粘弹性边界和正交试验法,提出了一种在谐响应分析中直接输入加速度的加载方式,建立了基于虚拟激励法、等效线性化法和确定性动力有限元法相结合的非线性桩-土体系的随机地震响应的参数敏感性分析方法.研究了桩土模量比、地震动输入水平、桩的长径比等无量纲参数对随机响应的影响.结果表明:桩土模量比是最敏感的因素.     

邀山阁游客流量控制研究

邀山阁是一座4层砖石结构楼阁,目前西北角墙体倾斜严重且墙体、石柱存在竖向裂缝。基于保护邀山阁的需要,应用等效体积单元（RVE）进行墙体的有限元分析,通过调整弹性模量和优化有限元模型来模拟砌体带裂缝时的工作状态;在应力值及其变化值比较大的关键部位选取了26个控制点,进行应力包络分析;在合理的安全系数和游客荷载最不利工况下,得到了邀山阁游客的合理控制数量。本研究将有益于古建筑的长期保护和合理开发利用。     

软土场地地铁车站抗震计算的等代地震加速度法

将软土地层中地铁车站结构与周围土体地震时产生的水平加速度,以静态的水平加速度代替,使两者作用下结构内力最大值相等、出现部位相同,实现将动力问题转化为静力问题。结果表明,该方法能反映软土地层中两层三跨地铁车站的在地震时的动力响应,是适用于工程设计的简单、实用的数值方法。     

冰川均衡调整对东亚重力和海平面变化的影响

新的全球冰川均衡调整(GIA)模型RF3L20(β=0.4)+ICE-4G考虑了地幔黏滞度沿横向的变化,其黏滞度参数得到大地测量、历史相对海平面变化观测和地震剪切波层析模型的较好约束.本文利用该模型预测了东亚现今重力变化和海平面变化,根据当前末次冰川时空变化和黏滞度参考模型中下地幔下部黏滞度认识的差异,评估了预测的不确定性.结果表明,GIA对东亚地区重力场和海平面长期变化有显著的影响:例如,在哈尔滨、长春、泰安、蓟县、郑州、武汉等测站,GIA重力影响达几十纳伽,可用超导重力仪和未来原子重力仪观测出来;在东亚大陆GIA对GRACE监测的等效水柱长期变化的影响为3%~10%,其中青藏高原西部、华北和三峡地区的影响较大.在东海-太平洋区,GIA的相对影响高达20%~40%;GIA使东亚海域绝对海平面以0.27~0.37 mm/a的速率在长期下降,在黄海、东海卫星测高监测的绝对海平面长期变化中,GIA的相对影响分别达6.9%和7.5%;在58个验潮站,平均相对海平面长期上升速率为2.22 mm/a,GIA影响为-0.17 mm/a,其中14个测站GIA的影响达-0.3~-0.4 mm/a.本文GIA预测的结果,对在东亚地区发现弱的地球动力学过程信号、监测水质量长期变化、监测海平面长期变化和分析其机制,提供精密的改正模型.     

弹塑性条件下岩土孔隙介质有效应力系数理论模型

分析了有效应力系数的物理机理及其主要影响因素,在此基础上,提出了等效孔隙连通率的概念,以此表征岩土类孔隙介质的结构和孔隙之间的连通性,建立了有效应力系数张量演化的普适性理论模型。基于大理岩峰后和砂岩不同塑性变形阶段的有效应力测试试验,分析了塑性条件下影响有效应力系数的主要因素,结果表明塑性条件下,影响有效应力系数的主要因素为等效孔隙连通率。利用试验数据,通过拟合得到了大理岩和砂岩的等效孔隙连通率随应变的演化规律,从而得到了有效应力系数与变形的关系。研究成果为弹塑性条件下的流固耦合研究提供了基础性的理论和方法支持。     

极细颗粒黏土渗流的微电场效应分析

采用渗流固结法试验结合颗粒表面电位分析,研究极细颗粒黏土的渗流的微电场效应,在相同试验条件下完成了5种含不同百分比的人工高岭土与人工膨润土的试样的渗流特性测试。测试结果表明,微孔渗流的微电场效应对极细颗粒黏土的渗流特性有相当显著的影响,随着孔隙液离子浓度的升降或土颗粒表面电位的增减,试样的渗透系数会随之发生改变;在相同的孔隙液离子浓度下,随着膨润土相对含量的增加,试样的渗透系数随之降低。对科威特软土的渗流固结试验证实了人工土的微电场效应的产生机制与变化规律同样适用于天然软土。试验结果分析认为,在黏土-水-电解质系统的相互作用下,黏土矿物通过土颗粒表面的结合水影响试样的渗流特性,而土颗粒表面电荷的微电场作用是极细颗粒黏土渗流特性改变的内在原因之一。     

对瞬变电磁测深几个问题的思考（四）——从不同角度看瞬变电磁场法的探测深度

从几个方面阐述了瞬变电磁（TEM）场法的探测深度,引用“烟圈效应”的等效电流环向下扩散深度,推导平面波场极大值扩散深度,并通过时频（T-F）分析阐明时间域、频率域探测深度的联系与区别。TEM场的扩散深度主要取决于延迟时间,地面实际探测到同样深度的信息所需时间至少是单向扩散深度时间的2倍,即双程时;根据电磁感应、电磁波的反射、频率测深曲线的假极值现象以及拟地震转换波的慢度等几个方面论述了此结论。论述的TEM探测深度的理论可为其应用扩展思路。      

离散裂隙网络对页岩气井产能影响的数值模拟

页岩作为典型的非常规储层,基质孔隙小,渗透率极低,水平井多级水力压裂为其商业开发的主要手段。准确模拟页岩气产能,应同时考虑水力裂隙和天然裂隙的渗流。基于离散裂隙模型和等效连续模型建立页岩气渗流数学模型,利用有限元分析方法进行数值求解,研究不同走向裂隙组对页岩气井产能的影响。研究认为,页岩基质为气体的生产提供了主要气源,天然裂隙作为渗流的主要通道,将气体输送到水力裂缝,进而到达井筒。模拟结果表征,离散裂隙的渗流特征对于页岩气井的产能有重要影响。根据页岩储层的天然裂隙走向,可以优化相应的水平井方位。对于二维离散裂隙网络模型,水平井沿着2个裂隙组夹角的平分线更有利于生产。      

基于等效介质模型和频变AVO反演的裂缝储层参数估算方法

由于裂缝性油气藏具有突出的资源潜力和经济效益,利用地震方法对裂缝储层进行精细的定量描述逐渐成为勘探地球物理的关键任务之一。为了克服以往数据驱动类反演方法无法直接获得裂缝参数、而基于静态等效介质模型驱动的反演方法无法描述孔隙内部结构和流体信息的缺点,笔者提出一种基于动态等效介质模型的储层定量描述新方法。该方法通过频变AVO(amplitude variation with offset)理论建立目标函数并使用全局最优化算法反演裂缝参数。一维和二维模型测试证实,由于充分利用了反射系数频变响应对裂缝密度和时间尺度因子的敏感性,反演方法可以对裂缝储层实现有效描述。