用似双重介质模型进行岩体应力与渗流耦合分析

将宏观裂隙按裂隙渗流模型分析，微观和细观裂隙按等效连续介质模型处理，给出了一种非线形耦合分析模型－似双重介质模型。基于该模型导出了岩体应力场与渗流场的非线形耦合分析有限格式。通过对煤矿矿井突水预报问题进行分析研究，验证了所提出的方法是可行和实用的，并给出了一些有实际应用参考价值的结论。     

等效连续裂隙岩体渗流与应力全耦合分析

推导了等效连续裂隙岩体渗透性与应力变形的关系,根据应变等效原则推导了等效连续裂隙岩体的弹性矩阵,首次采用四自由度全耦合法,建立了等效连续裂隙岩体渗流与应力的全耦合有限元方程组,进行了等效连续裂隙岩体渗流与应力的全耦合分析。     

一类双重介质异常渗流问题的精确解及压力动态特征

引入异常扩散指数θ，运用该参数来刻画裂缝网络的连通状况，并能反映渗流发生在裂缝网络时的异常情况。在此基础上，建立了一类双重介质渗流问题的数学模型。利用拉普拉斯变换数值反演方法作出了典型压力曲线图版，讨论了压力动态特征，分析了异常扩散指数θ及流动参数ｗ和λ对压力动态的影响。结果表明，θ在整个流动过程中都对压力曲线有影响。随着时间的增加，压力曲线相互发散，而当θ＝０时此模型即为一般的Ｗａｒｒｅｎ－Ｒｏ     

岩体离散裂隙网络渗流应力耦合分析

裂隙渗流具有沿裂隙网络做定向移动的特点,用非连续介质方法分析裂隙岩体渗流应力耦合更符合工程实际.本文以人工模拟的随机裂隙网络为对象,应用离散裂隙网络模型和节理单元模型,以裂隙开度变化为纽带,同时考虑渗透静水压力和动水压力的影响,研究水位变化条件下裂隙岩体渗流应力耦合特性.算例表明,考虑耦合作用时,岩体内部结点水头、结点应力和岩体渗流量会发生相应改变.岩体中水头大的裂隙段,耦合作用更加明显.在高坝工程岩体渗流分析和岩体稳定评价计算中,应当考虑渗流应力的耦合作用.     

渗透动水压力作用下裂隙岩体渗流与应力耦合分析

针对裂隙岩体的渗透水压力使岩体应力产生非常大变化,同时应力变化也影响裂隙岩体渗透性。考虑岩体渗流和应力耦合分析是研究地下水活动规律的首要问题。当岩体以裂隙为主,且其分布较密集时,可将岩体系统看作等效连续多相介质体系。运用等效连续介质理论,建立了等效连续岩体渗流与应力耦合分析的数学模型,充分考虑了渗透水压力和裂隙的存在对岩体应力及孔隙裂隙水压力变化产生的影响。给出了渗流场与应力场耦合分析的工程算例。     

非饱和流固耦合双重孔隙介质模型控制方程

裂隙岩体非饱和渗流和流固耦合是普遍存在的现象,利用双重孔隙介质模型,在多孔介质弹性理论和广义有效应力的基础上,给出了双重孔隙介质非饱和流固耦合方程的数学推导,经过离散化后可以用于数值计算,最后提出了一些需要进一步解决的问题.     

裂隙岩体介质温度、渗流、变形耦合模型与有限元解析

在建立了岩体裂隙介质三场耦合微分控制方程的基础上,推导了岩石、裂隙,水,气三相介质的温度场、变形场、渗流场耦合模型及有限元解析格式和分析计算方法,对国内某煤矿的多孔裂隙介质三场耦合实际工程问题进行了求解,对结果的可靠性及分析精度进行了论证.     

肝脏小叶的双重介质渗流模型及渗流模式

将肝脏内的肝血窦和窦周间隙当作多孔介质处理,采用多重连续介质生物渗流的理论,建立了一个基于双重介质渗流理论的生物力学模型,通过有限元法求解了特定情况下的渗流场,并分析了肝小叶区域内血液、组织液的流动规律与物质交换特征.     

影响油气运移的应力场地温场渗流场耦合的双重介质模型

地应力场、地温场和渗流场是影响油气运移的主要因素。以此为基础,研究了含油气盆地双重介质体系内流体与岩体相互的力学作用关系,提出了双重介质体系内渗流场、岩体地应力场和地温场耦合的非线性动力学模型。     

深部开采工程中渗流-损伤-应力耦合模型

为了研究地应力场、损伤对渗流场深部岩体的影响问题,从理论上分析了岩体渗流运动的基本规律,引入岩体变形过程中应力、损伤与透气性演化的耦合作用方程,建立了含岩体开挖过程固气-损伤耦合作用模型。应用该模型模拟分析了深部采动中岩体渗透性的演化规律。结果表明:在开采过程上覆岩层应力增大、变形增大,岩体垮落现象明显,并伴随着岩体渗透性迅速增大,应用该耦合模型解决实际工程和现场实际观测结果比较吻合。     

岩体渗流的一种改进数学模型

鉴于常规岩体渗流模拟数学模型存在拟真性差、水量交换项难确定、计算难度大、不能全面反映岩体渗流真实物理特性等不足,从离散-连续介质渗透机理出发,引入无厚度渗透突变单元,建立了改进的离散-连续介质耦合模型,提出了反映水头间断程度的连续系数概念,并通过不同地质条件下水头间断现象研究,分析了合理的连续系数取值规律.研究表明,改进模型能够真实反映岩体渗流中的水头间断现象,较容易地解决常规数学模型中水量交换难确定的问题.     

蠕变作用下多孔介质渗流的固流耦合数学模型

针对岩体是一种可变形的多孔介质,岩体在荷载作用下发生蠕变的问题,岩体孔隙度、渗透率等物性参数随之变化;同时,孔隙和渗透特性的变化又引起压力场、速度场的改变,带动蠕变特性的变化。在研究渗流的过程中,考虑岩体蠕变的影响,基于岩体流变力学和渗流力学理论,应用对应性原理,建立了含有蠕变参数的动态应力平衡方程,推导了蠕变作用下多孔介质渗流的固流耦合数学模型。     

采动岩体瓦斯渗流规律

为了实现瓦斯的高效抽放,解决煤与瓦斯的安全共采问题,基于煤岩介质力学性质及变形破裂过程的渗透特性,采用相似模拟试验和岩石破裂分析系统(RFPA2D)数值计算方法,模拟研究受采动影响的上覆岩层裂隙发育规律和瓦斯渗流规律。研究结果表明,随着开采工作面推进,顶板出现周期性垮落,老顶垮落步距约为12 m,其顶板破断角度约为50°,工作面和切眼上方裂隙发育基本对称,覆岩下沉曲线整体呈左右对称碗状;在卸压带内,煤体膨胀变形生成的大量次生裂隙,增加了煤体的渗透性,覆岩横向离层裂隙和竖向破断裂隙的动态发育变化,为实现煤与瓦斯的共采创造条件。工业性试验验证了受采动影响下推进距离和工作面瓦斯抽放量间呈非线性关系,为进一步理解采动影响下煤与瓦斯共采提供了理论基础和科学依据。     

裂隙岩体离散网络模型及其渗流规律数值计算

为了通过建立离散裂隙网络模型研究裂隙岩体的渗流规律,对建立的离散裂隙网络,借助图论方法描述裂隙间关系,在单个裂隙上,采用边界元方法,推导了求解渗流规律的具体公式。利用Matlab软件,程序实现通路的搜索及单裂隙渗流规律的求解。最后,通过随机生成的裂隙网络及算例调试程序证明:采用该方法可以快速、准确的实现渗流计算,为最终裂隙网络渗流规律的求解奠定了基础。     

盐岩体储库裂缝流体渗流数值模拟

结合中国地下油气储库建造过程中所出现层状盐岩体问题,建立盐岩体裂缝流体渗流数学模型,并进行了相应的数值模拟。数值模拟结果表明,高压流体裂缝渗透过程中,沿裂缝通道上,流体压力在逐步降低。对于油气等稳定性流体,在裂缝渗流扩展的通道上,盐岩体裂缝呈扇形状张开;对于水溶液来讲,由于盐岩溶解的影响,靠近储库腔体壁附近的裂缝宽度较大,渗透率较高,在整个裂缝通道上,压力降低较慢,扩展距离也远于高压油气流体作用下的情况。结果提示：在盐岩体溶腔油气储库运营过程中,严格控制腔体压力不得大于地层应力及其抗拉强度;同时应控制天然气的采出速率,防止腔体内水合物的生成。以此来避免盐岩体在分层界面的水溶液渗透（流）,保持腔体的致密性及稳定性。对中国在盐岩体中油气储库的建造及运行具有十分重要的意义和价值。     

双重介质固气耦合模型及含夹层盐穴储气库渗漏研究

提出孔隙裂隙双重介质固气耦合理论;将夹层视为多孔连续介质,层间结构面视为裂隙介质,在建立双重介质固气耦合微分控制方程的基础上,提出双重介质固气耦合模型的求解策略并开发三维有限元计算程序;对含夹层盐穴储气库的天然气渗漏规律进行数值研究.研究结果表明:夹层、层间裂隙区为应力降低区,透气性远比岩盐体的强;在内压p=8 MPa时,在2 a的运行时间里,仅在距库壁125 m处夹层和层间裂隙内出现0.2 MPa的气压,气体渗漏率先增加后减小,最终保持平稳,表明在含夹层的岩盐矿床内建造地下储气库是可行的.     

评估岩体应力状态防治冲击地压

基于地质动力区划方法，确定区域内的活动断裂，划分岩体断块结构，结合原地应力测量和数值计算方法来评估区域岩体的原岩应力，从而确定研究区域的冲击危险区；然后通过次生应力测量及数值模拟等手段，确定采场及巷道周围次生应力的分布情况。根据对研究区域冲击发生的条件的研究，确定可能发生冲击的采掘布置方式及地点，从而为有针对性地采取防治措施提供依据。     

基于非饱和渗流应力耦合的河堤窝崩机理

从土坡稳定的角度出发,基于强度折减原理,采用饱和非饱和渗流应力耦合方法,综合分析河堤岸坡内在因素和外界动力因素对窝崩形成的作用,探讨窝崩形成机理.结果表明:饱和非饱和渗流应力耦合方法计算的窝崩最小安全系数明显小于非耦合方法;窝崩的本质是岸坡土体在各种不利因素的组合作用下发生的剪切破坏;黏聚力及内摩擦角是防止窝崩的有利因...     

岩体裂隙介质各向异性耦合模型研究

将裂隙岩体看作是由主干裂隙和网络状裂隙共同构成的,分别用随机离散裂隙网络模型和等效连续介质模型描述裂隙中的水流运动,利用裂隙壁与岩块之间的水位连续和流量均衡将两模型耦合起来,建立各向异性离散一连续耦合模型,并给出了求解方法.与其他耦合模型不同的是,各向异性离散一连续耦合模型采用了Monte-carlo方法随机生成裂隙网络系统,具有随机性.通过算例比较了等效连续介质模型和离散一连续耦合模型对裂隙岩体渗流场影响模拟的差异.结果表明,裂隙间距和隙宽越大,2种模型模拟的差异越大.