黏弹性流体饱和孔隙介质动力反应分析的显式有限元方法

黏弹性流体饱和多孔介质模型比单相介质或者弹性饱和孔隙介质更接近实际的土层介质,应用该模型研究土层介质的动力响应更为合理。用数值方法研究了半空间黏弹性流体饱和孔隙介质的动力时域响应。根据Biot黏弹性流体饱和两相多孔介质波动方程,采用解耦技术,建立了以固相位移和流相位移为未知量的黏弹性流体饱和孔隙介质动力分析的一种显式有限元法。该方法克服了隐式方法需要求解联立方程组的缺点,具有节省计算机内存空间和计算时间的优点。与解析解比较表明,该算法具有较高的计算精度;最后以一维黏弹性流体饱和孔隙介质为例,分析了黏性系数对动力响应的影响。     

内部磁场梯度对火山岩核磁共振特性的影响及其探测方法

在常规岩心测量和核磁共振(NMR)试验的基础上,分析顺磁性矿物对火山岩NMR测量的影响,并对部分样品进行2D NMR测量,探测到基于内部磁场梯度-横向弛豫时间的信号分布、视内部磁场梯度分布和视T2弛豫时间谱.结果表明:顺磁性矿物会在火山岩样品中产生很强的内部磁场;在磁旋动力和分子扩散的作用下,NMR测得的信号信噪比很低,计算到的孔隙度偏低,对于磁铁矿、黄铁矿含量较多的岩心差别最大;用T2-G 2D NMR方法可探测这种内部磁场梯度的分布,并用于流体的扩散分析.     

孔隙流体对饱和土中桩基础动力阻抗的影响

用流体饱和多孔介质材料描述土体,用间接边界元法分析饱和土中桩基动力阻抗,探讨饱和土中孔隙流体对饱和土中桩基础动力阻抗的影响。结果表明,孔隙流体对饱和土中桩基础动力阻抗有一定的影响,在地基土与基础结构动力相互作用研究应考虑地基土中孔隙流体的影响。     

利用时间分解的交错网格差分法模拟两相流体饱和孔隙介质中的声波传播

在Santos三相介质理论的基础上，首次提出了时间分解的高阶交错网格有限差分法，并利用该方法模拟了声波在两种流体饱和的孔隙介质中的传播．采用分解法的目的主要是解决Santos三相介质理论中差分方程的刚性问题．在考虑了毛细管压力、流体参考压力和两种流体的牵引耦合效应几种因素下，清晰地模拟出Santos理论所预期的三类纵波和一类横波，并详细考察了孔隙度、渗透率、含气饱和度以及孔隙流体对三类纵波速度和幅度的影响．同时将完全匹配层吸收边界条件应用于三相孔隙介质的交错网格有限差分算法中．完全匹配层法与阻尼吸收边界对比的结果显示，前者吸收外行波效果要明显好于后者．此外，附录中给出了Santos三相介质理论退化为Biot双相孔隙介质理论的详细推导过程．这一结果表明，如果孔隙中一种流体被另一种流体完全取代，Santos理论与经典的Biot理论是完全一致的，前者是对后者的一个扩展．     

毛细管压力、饱和度和相界面积间的关系

多相流体在多孔介质中流动时,传质扩散、非水相溶解等现象都与相间界面有关,利用孔隙级网络模型定量表征每一个孔隙孔喉中流体分布,结合几何知识,计算得到了多相流体在孑L隙级网络模型中流动时的毛细管压力、饱和度和相间界面积,并作出了它们之间的关系曲线.计算结果表明,毛细管压力、饱和度和界面积之间存在着比较明显的相互制约关系.这一关系为研究与界面有关的非水相溶解、界面间的传质等现象奠定了基础.     

凝析油气体系流固耦合相平衡计算新方法

在分析了孔隙介质内表面吸附、毛细凝聚、毛细管压力等界面物理化学效应和应力变形对孔隙介质中流体相态影响的现象学特征和影响机制的基础上,通过在大尺度空间常规流体相平衡热力学模型中引入界面物理化学效应的影响,同时通过高才尼卡尔曼方程将毛细管半径与孔隙介质储渗特性的应力敏感性研究成果相关联,建立了同时考虑储层应力变形和界面物理化学效应影响的微孔隙尺度条件下的低渗特低渗凝析气藏多相流体流固耦合露点压力、pT相图及定容衰竭相平衡热力学计算模型。该模型的初步应用表明,其相态模拟计算结果能更为合理地解释孔隙介质环境中的凝析油气体系相态特征实验研究结果。     

毛细管压力、饱和度和相界面积间的关系

多相流体在多孔介质中流动时,传质扩散、非水相溶解等现象都与相间界面有关,利用孔隙级网络模型定量表征每一个孔隙孔喉中流体分布,结合几何知识,计算得到了多相流体在孑L隙级网络模型中流动时的毛细管压力、饱和度和相间界面积,并作出了它们之间的关系曲线.计算结果表明,毛细管压力、饱和度和界面积之间存在着比较明显的相互制约关系.这一关系为研究与界面有关的非水相溶解、界面间的传质等现象奠定了基础.     

饱和多孔介质渗流的强-弱不连续统一非局部模型

非均匀饱和多孔介质流体传输模拟关键在于需要考虑由孔隙、裂隙以及不同渗透性介质组成的强–弱不连续面,但这与经典连续介质力学局部流体模型所定义的偏微分方程是不相容的,从而导致饱和多孔介质渗流模拟的困难。基于统一变分近场动力学的基本思想,提出了一种向量态函数用于描述饱和多孔介质流体的非局部传输作用,并在此基础上建立饱和多孔介质流体输运的非局部空间积分–时间微分型控制方程。该非局部流体输运模型统一描述了流体在强–弱不连续面的力学行为,避免了传统局部力学模型在不连续界面处的导数无定义性,且从理论上证明,当非局部流体模型中的非局部作用半径趋于零时,非局部模型可退化为局部模型。为了消除非局部模型内在的零能模式问题,基于罚函数方法提出一种全隐式的数值求解格式以保证数值计算的精确性。最后通过算例分析,模拟了三维非均匀不连续多孔介质中流体的传输过程,揭示流体穿越物质界面、孔隙和裂隙的力学行为。为研究饱和多孔介质中流体在不连续界面传输的力学行为提供了一种分析模型。     

流体饱和多孔隙介质中弹性波运动方程的解-伪谱法

本文提出了一种解流体饱和多孔隙介质中波传播方程的数值方法,并详细推导了该方法的计算公式．用此公式对单界面模型中地震波的传播进行了模拟,结果与Biot理论预测的相符。     

流体渗透系数对饱和土中桩基础阻抗系数的影响

用间接边界元法对饱和土中桩基础阻抗函数进行了分析。由桩基础与饱和土交界面处的协调条件和平衡条件,建立了桩基础与饱和土动力相互作用的控制方程,探讨了饱和土中流体渗透系数对饱和土中桩基础阻抗函数的影响。结果表明：饱和土中孔隙流体对饱和土中桩基础阻抗函数有一定的影响,由于饱和土中孔隙流体与土骨架的相互作用,饱和土中桩基础的动力阻抗与单相土介质中桩基础的动力阻抗有一定差别。     

外磁场下单离子各向异性海森堡铁磁体的低温磁性质

文章运用自旋波理论研究了在外磁场下有单离子各向异性的一维海森堡铁磁体的低温磁性质．通过霍斯坦因一普利马科夫变换得到近似的哈密顿量．详细讨论了磁化强度、磁化率、内能、比热等随温度、各向异性参数和外磁场的变化情况．推导出内能u（t）和比热cm（T）随温度的变化规律u（t）～ta与Cm（T）～tβ,并得出指数a,β与单离子各向异性参数以及外磁场的关系．文章的结果与采用其他理论以及蒙特卡罗模拟所得到的结果相符合．     

自组装制备磁性复合微球聚集体

用部分还原法制得纳米Fe3O4,用微乳液聚合法制备聚（苯乙烯-丙烯酸）高分子微球P（St-co-AA）,再以球形P（St-co-AA）为模板与Fe3O4磁粉通过静电自组装和氢键自组装制得磁性复合微球聚集体Fe3O4／P（St-co-AA）;利用XRD、TEM、SEM、IR等对样品进行表征,采用VSM对样品进行磁性能测试．结果表明所得样品为Fe3O4单相,平均粒径约10nm．P（St-co-AA）平均尺寸为约70nm,表面含有羧基,所制磁性复合聚集体Fe3O4/P（St-co-AA）的形貌为球形、多孔、粒径约5μm,磁粉含量为29％．磁性能测试表明当外加磁场为6KOe时,磁化强度达到饱和,饱和磁化强度为69emu.g^-1．研究表明pH、搅拌等对磁性复合微球聚集体的形成有重要影响．     

三相流体非均匀饱和多孔岩石声学模拟与分析

多孔岩石岩性、孔隙度、渗透率变化,导致流体饱和度在储层中非均匀分布.传统的基于流体均匀混合的双相介质模型不能用于计算流体非均匀饱和岩石的声学性质（纵、横波速度）.依据三相流体Brooks-Corey模型、Gassmann理论和边界理论提出了有效计算中观尺度下非均质多孔岩石三相流体非均匀饱和时岩石声学性质的方法,为研究三相流体非均匀分布对岩石声学性质影响提供理论与方法,并建立了在毛管压力平衡状态下非均匀饱和多孔岩石声学性质与总含水饱和度的定量关系.揭示了不同流体饱和状态下纵、横波速度随总含水饱和度的变化规律.实例模拟分析表明,多种岩性岩石组成的多孔岩石储层三相流体非均匀饱和时,纵波速度随总含水饱和度的变化趋于连续变化,而流体均匀饱和岩石,仅在接近完全含水时,纵波速度有明显变化.流体饱和度分布均匀与否对横波速度没有影响,但岩石三相流体饱和与两相流体饱和时相比,横波速度随总含水饱和度的变化特征更加复杂.     

基于复合混合物理论的热-水力-力学污染物输运模型

污染物在饱和可变形多孔介质中的输运问题属于多场耦合的范畴.为模拟含N种组分的液相污染物在可压缩固相多孔介质中的输运过程,在复合混合物理论的基础上将体积分数作为内变量引入,提出并建立了可压缩多孔介质中多组分污染物热.水力.力学耦合输运问题的热力学框架.将体积分数看作独立变量用于描述介质的微观结构,并形成动力相容条件来描述由多组分流体饱和的可压缩多孔介质界面处应力突变的微观力学机制.根据近平衡态理论以及线性化方法得到基于上述理论框架的线性化热.水力.力学耦合污染物输运模型.所提出的模型是在公理系统基础上建立的,输运过程中的渗流和扩散过程最终可表示为与相的密度梯度、组分浓度梯度、体积分数梯度及温度梯度有关的形式,实现了多种因素的耦合.     

Biot理论的数值研究

本文用数值计算方法研究了流体饱和多孔介质中声传播的Biot理论。分别在80Hz、20kHz、500kHz频率下计算了多孔介质的孔隙度、渗透率、流体粘度和孔径大小对三种体声波波速和衰减的影响。计算结果表明,各种波的波速均随孔隙度有较大变化。渗透率、流体粘度和孔径的变化对声速几乎无影响。但当声波频率为80Hz时,除孔隙度的变化对声波的性质有影响外,其它参数对声速和声衰减几乎无影响。有些结果与实验室和现场测量结果相一致。     

Basic theories for strain localization analysis of porous media with rate dependent model

Strain localization in multiphase materials is a chal- lenging and difficult topic about the interaction between the solid and fluid phases when localization starts. An increasing number of papers on strain localization prob- lems of multiphase porous media have been published in recent years because of the importance of the problem in practical engineering. Rice[1] and Vardoulakis[2] studied the stability of strain localization of saturated soil. Loret and Prevost carried out strain localiza…     

随机多孔介质中的不混溶驱替

对随机多孔介质中粘滞指进的分形性质进行研究,建立正方网格来模拟多孔介质中润湿流体的侵入和流动,运用决定论模型进行研究。结果表明,多孔介质的几何拓扑强烈地影响了粘滞指进的结构和驱替过程。粘滞指进图像扫及面积随着迭代次数n的增加而增大。增加迭代次数n和网格尺寸,会导致驱扫效率E的增大。     

电场作用下多孔介质中单相流体的渗流速度

研究了外电场对多孔介质中单相流体渗流速度的影响。根据渗流力学和电渗理论,推导了外电场作用下多孔介质中单相流体渗流方程,建立了有限元数值模型,采用有限元方法进行了数值模拟。计算结果与实验结果拟合很好,二者之间的相对误差在5%左右。在此基础上探讨了外电场对多孔介质中单相流体渗流速度的影响,结果表明:在压力保持不变情况下电场可以将流体渗流速度增大1~7.5倍;相同电位梯度情况下,压力梯度越大,渗流速度之比越小。     

基于饱和多孔介质的复杂自由场地震响应分析

采用不可压缩饱和多孔介质的广义Biot理论模型,导出流体饱和两相多孔介质振动问题的有限元方程,并对港珠澳工程沉管隧道段自由场进行数值模拟计算.计算结果表明,相对于传统的单相介质自由场而言,饱和两相多孔介质自由场地表加速度峰值有所降低;实际场地的地形地貌对孔隙水压力有显著影响;多孔材料的渗透系数增大,可能会导致其孔隙水压力降低;同时输入地震作用的大小也会影响场地地震液化的评估.由此可见,基于不可压缩饱和多孔介质的数值模拟方法在场地地震液化分析中可行,其结论可以应用在其他工程场地分析中.