采用复合单元法模拟裂隙多孔介质变饱和流动

采用复合单元法建立了模拟裂隙多孔介质变饱和流动的数值模型。该模型具有以下特点:裂隙不需要离散成特定单元,而是根据几何位置插入到孔隙基质单元中形成复合单元;在复合单元中,分别建立裂隙流和孔隙基质流的计算方程,二者通过裂隙-基质界面产生联系并整合成复合单元方程;复合单元方程具有和常规有限单元方程相同的格式,因此,可以使用常规有限单元方程的求解技术。采用欠松弛迭代、集中质量矩阵以及自适应时步调节等技术,开发了裂隙多孔介质变饱和流动计算程序。通过模拟一维干土入渗和复杂裂隙含水层内的流动问题,验证了该模型的合理性和适用性。模拟结果为进一步认识非饱和裂隙含水层地下水流动特性提供了理论依据。     

波浪与多孔介质结构相互作用SPH模拟

应用经CSPM法和黎曼解修正后的光滑粒子流体动力学(SPH)方法,建立了主动吸收无反射数值波浪水槽,研究波浪作用下多孔介质结构的水动力特性。流体运动控制方程采用N-S方程,多孔渗水结构内流体的运动控制方程考虑渗流力的影响。数值计算结果给出了水槽内不同位置测点的波面历时曲线和越浪量随时间变化曲线,并同试验结果和Philip Liu的数值计算结果进行了比较。并对一个波浪周期内斜坡堤多孔介质结构内外的速度场和压力分布进行了讨论分析。计算分析表明,数值计算波面较Philip Liu的计算结果与试验结果吻合更好。说明应用SPH方法建立的二维数学模型能够较好地模拟破碎波在多孔渗水斜坡上的爬坡和越浪。     

气枪激发信号传播的谱元法数值模拟研究

为了研究气枪激发信号的波场,本文利用谱元法对双相介质中波的传播做了数值模拟,分析了波的传播特征.本文主要做了以下工作:(1)研究了使用谱元法(SEM)模拟孔隙弹性介质中波的传播,模拟结果表明,采用谱元法能有效解决双相介质的波场传播模拟问题.(2)验证了Biot理论中慢纵波的存在.双相介质中存在明显的慢纵波,流相波场的慢纵波比固相波场的明显,慢纵波具有很强的散射性质.(3)研究了地震波在孔隙度变化的沉积层中传播规律,验证了孔隙度对于相速度的影响.(4)针对有限的水库底部情况,研究了起伏界面对波传播的影响.     

衬砌隧道中移动轴向激励作用下两相多孔介质动力响应

为了研究衬砌隧道中地铁振动在饱和地层中的传播情况,采用移动轴向激励模拟技术,建立了隧道-衬砌-两相介质的动力分析模型;利用波函数展开法、傅里叶变换法等,推导了频域内衬砌隧道移动轴向激励作用下两相多孔介质动力响应的解析解,并给出了两相多孔介质临界速度的经验公式;通过离散快速傅里叶逆变换得到了时-空域内两相介质的动力响应。结果表明：无衬砌隧道中移动的轴向常激励作用下,两相介质临界速度只与介质的剪切模量和密度有关,且数值接近其剪切波速的1.1倍;对于衬砌隧道,介质的临界速度随着衬砌剪切模量的增大而增大,随着衬砌密度的增大而减小,衬砌对振动向介质中的传播有一定的削弱作用,衬砌剪切模量与介质剪切模量相差越大,削弱越明显;动力响应频率越接近激振频率,其幅值越大,所对应的临界速度越小。     

流体饱和两相多孔介质动力反应计算分析

基于流体饱和两相多孔介质的弹性波动方程组,运用显式逐步积分格式与局部透射人工边界相结合的时域显式有限元方法对该波动方程组进行求解,对两相介质在输入地震波作用下的弹性动力反应进行计算和分析;对在是否考虑孔隙流体渗流的两种情况下计算得到的两相介质弹性动力反应结果的差异进行对比研究,从而揭示孔隙流体渗流对两相介质动力反应性质的影响。计算结果表明：两相介质弹性动力反应时程的波形与入射地震波的波形相同,且弹性动力反应的峰值出现的时刻对应于入射地震波的峰值出现的时刻;孔隙流体的渗流将对两相介质的弹性动力反应性质产生显著的影响。数值计算同时表明,时域显式有限元方法是进行流体饱和两相多孔介质弹性动力反应计算分析的一种有效的方法。     

石油污染多孔介质湿润性变异特征

一定程度的石油污染可使多孔介质的湿润性发生变异,导致介质持水能力降低、地下水石油污染、粮食产量品质下降等.采用滴水穿透时间法与酒精溶液入渗法,测定了亚粘土和粗砂在不同柴油、机油含量下的斥水水平,确定了亚粘土、粗砂由亲水表面变为疏水表面的临界含油量.结果表明,亚粘土、粗砂湿润性变异的临界机油含量分别约为7%、0.5%,粗砂湿润性变异的临界柴油含量约为14%,而柴油污染对亚粘土湿润性的影响不显著.另外,当石油污染多孔介质的含水量达到某一临界值时,湿润性将再次发生反转,由疏水表面变回亲水表面.测得机油、柴油污染粗砂的临界含水量约在0.2%~1%之间,机油污染亚粘土的临界含水量在数值上与其含油量近似相等.      

层状各向同性多孔介质中井间地震的数值计算

依据Ｂｉｏｔ理论，提出计算理论地震图的相应传播矩阵算法，并针对井间地震震源和检波器的不同配置进行数值计算，结果表明，本文算法高频可达１０００Ｈ２以上．文中算例说明利用震源和检波器相对于储油层的不同位置，可从反射震相记录波形上的差异，判定储油层存在与否．     

多孔黏弹介质平面波理论及波场数值模拟

本文将黏弹固体骨架与各向异性多孔弹性模型相结合,并将地层黏弹性的特性考虑其中,更好地刻画了快P波和横波在地震频带的衰减现象。将多孔黏弹模型模拟结果同传统弹性模型模拟结果对比显示,多孔黏弹模型在模拟真实储层方面更具优势。     

多孔紊动射流的数值模拟与实验研究进展

多孔射流作为流体运动的一种重要类型,在工程中具有非常广泛的用途。由于多孔射流各股水流之间的卷吸和掺混的存在,增加了流场的复杂性。长期以来研究人员从理论分析、实验测量和数值模拟方面对多孔紊动射流进行了大量的研究工作,目前已经认识了流场中的许多流动特性和流动机理。从数值模拟和实验研究两个方面,比较分析了国内外多孔紊动射流的研究现状和研究结果,评述了不同湍流模型以及不同实验测量方法对紊动射流的预测能力,讨论了存在的问题并对该领域的研究方向进行了展望。     

温庄尾矿库堆坝模型试验及坝体稳定性分析

以温庄尾矿库为工程背景,通过室内堆坝模型试验,获得到了在坝体堆积过程中尾矿颗粒在库内沉积分布特征、浸润线的变化规律等基础资料。在此基础上,以多孔介质有效应力理论为依据,建立了多孔介质流-固耦合数学模型,利用有限元软件ABAQUS对该库尾矿坝的应力场与渗流场进行了分析,获得了坝体内的应力场及孔隙压力的分布规律,研究成果可为尾矿库的设计、施工和安全生产提供技术支撑。