考虑非Darcy渗流的砂井地基弹黏塑性固结分析

为进一步研究饱和软黏土的砂井固结机制,采用Hansbo渗流方程描述渗流速度与水力梯度之间的非线性关系,同时引入考虑时间效应的统一硬化(UH)本构模型描述土体的弹黏塑性变形,重新推导理想砂井地基固结方程,给出隐式有限差分法求解的离散格式,并编制相应的Fortran计算程序.通过与已有砂井地基非线性固结解析解的对比,证明了求解方法的有效性.随后,探讨UH模型参数及Hansbo渗流参数对砂井地基弹黏塑性固结的影响规律.结果表明:土体主、次固结耦合机制是引起固结初期超孔隙水压力升高的主要原因,而且土体的黏滞性和渗流的非达西特性延缓了固结中后期砂井地基中孔隙水压力的整体消散.另外,在流变固结后期,增大渗透指数将加快固结进程.     

饱和黏土非达西渗透特性试验研究

利用改造过的渗透固结仪,通过交叉,进行固结试验和渗透试验,对河南某地饱和黏土在不同固结压力下的渗透规律进行了研究.试验证明,该种饱和黏土中的渗流存在偏离Darcy定律的现象,并可用Hansbo的非线性分段模型来描述.试验结果表明,黏土渗透性与孔隙比呈非线性关系,黏土渗透性随固结压力增加呈现非线性减小.在此基础上分析了相关渗透参数与孔隙比之间的关系.     

考虑起始水力梯度时变荷载饱和黏土一维固结

采用考虑起始水力梯度的非Darcy渗流方程,将Terzaghi饱和黏土一维固结理论推广至可以考虑地面荷载随时间变化的情况,并给出了有限体积法数值计算格式.在此基础上,讨论了起始水力梯度和施工速度对饱和黏土层固结特性的影响.计算结果表明,起始水力梯度越大,地基的固结速度就越慢,且最终固结度小于1;而施工速度的影响主要体现在施工期和竣工初期.     

堤坝Forchheimei型非达西渗流场特性分析

以Forchheimei型非达西渗流为研究对象,建立坝体的研究计算模型,研究高次方项对非达西渗流分析的影响,讨论并总结Forchheimei型非达西渗流随参数b的变化规律。结果表明:在对Forchheimei型非达西渗流场分析求解时,高次方项对流量的影响最为显著;在参数b达到真实值前,高次方项对水头及水力梯度求解的影响较为显著;但当b达到真实值后,高次方项对水头及水力梯度的求解并无显著影响。     

粗糙单裂隙高速非达西渗流特性的试验研究

针对裂隙岩体渗流破坏灾害问题。研制符合不同节理粗糙度的拟岩体粗糙单裂隙试件,开展了可变裂隙开度、高水力梯度粗糙单裂隙非达西渗流室内物理试验。研究表明,高渗流速度情况下,渗流水力梯度与渗流流速之间呈现非线性关系;Forchheimer方程能良好拟合高流速条件下粗糙裂隙渗流情况;提出非达西影响系数的半经验关系式,为工程实践中突涌水量预测提供重要参考。     

考虑起始水力梯度时饱和黏土的一维固结

采用考虑起始水力梯度的非Darcy渗流方程，修正了Terzaghi饱和黏土一维固结理论，并用有限体积法进行了求解．计算结果表明，只要起始水力梯度大于0，地基的固结速度就慢于Terzaghi固结理论值．而且除固结系数外，起始水力梯度，土层厚度以及上覆压力也都对地基的固结有显著影响．另外，还证实．当主固结完成时，地基中存在一定的残余孔隙水压力无法完全消散．     

流变对饱和黏土一维非达西渗流固结的影响

引入修正的孔隙比变化值和时间对数的线性关系式来描述正常固结饱和黏土固结过程中的流变现象,并采用Hanso渗流方程代替达西定律,推导了一维流变固结方程,然后引入有限体积法进行了数值计算,探讨了考虑流变效应时此类土固结的规律.计算结果表明,和非达西渗流影响类似,流变效应延缓了黏土层中孔压的整体消散速度;而且考虑流变效应时,出现了类似曼德尔效应的现象,即在固结的初期,在远离排水面的地方,超孔压有所升高.计算结果还表明,荷载大小也会影响到流变固结进程.     

考虑起始水力坡降的软黏土流变固结解析解

软黏土中渗流存在的起始水力坡降会对固结性状有重要影响已逐渐被认识。但能同时考虑起始水力坡降及软黏土流变特性的固结理论仍鲜见报道,对其解析解的研究更为罕见。针对现有理论的不足,考虑软黏土中渗流存在的起始水力坡降及黏性土的流变特性,基于太沙基1维固结理论建立其控制方程,应用拉普拉斯变换获得其解析解。目前存在的考虑起始水力坡降的线性固结解析解和达西定律下考虑流变模型的固结解析解均是本文解的特例,且本文所得解析解与相应差分解的计算结果十分相近。基于该解析解着重分析了起始水力坡降和不同流变模型对固结性状的影响。结果表明:考虑软黏土流变特性后,起始水力坡降(i0)、土层厚度(H)与外荷载(q0)的比值(R)对固结性状的影响并未发生明显改变;R值越大,移动边界到达土层底面所需时间越长,相同时刻土中残留的超静孔压值越大,土层平均固结度越小。考虑流变特性后,移动边界到达土层底面的条件发生改变。如果流变模型参数取值相同,不同流变模型下软黏土固结初期超静孔压消散曲线基本重合,移动边界随时间的下移曲线亦基本重合;固结后期超静孔压消散曲线虽略有差异,但其对计算结果影响甚微,可忽略。     

双孔介质有界地层低速非达西渗流模型新解（55）

运用一种新的数学解法,研究双重介质有界地层低速非达西渗流问题.基于低渗透渗流理论,建立起双孔介质有界地层低速非达西渗流模型并予以求解,编程绘制出井底压力动态样版曲线,获得低速非达西流三段拟合实用复合图版.     

基于非线性渗流的大变形固结有限元分析

为了研究土体在非线性渗流下的固结效应,基于大变形固结理论,考虑非线性渗流(耦合非Darcy渗流与变渗透系数)作用,建立了二维固结控制方程与有限元方程。采用自编程序对某一黏性土体的固结过程进行了计算。通过大量变动参数的计算与分析,探讨了非Darcy渗流与渗透系数随固结变化的影响。计算结果表明:与Darcy渗流相比,非Darcy渗流下的沉降小,超孔压消散缓慢,具有延迟效应。其中,非Darcy渗流试验常数m影响较大,线性渗流起始水力梯度iL影响较小。渗透系数变化对固结的影响与非Darcy渗流相似,压缩指数与渗透系数指数比值αc的影响较大。在非Darcy渗流与渗透系数随固结变化的耦合作用下,沉降显著减小,超孔压消散趋于缓慢,延迟效应更为明显。     

破碎泥岩渗透特性试验研究

流体在破碎泥岩中的渗透是影响保水开采和预防采空区灾害的重要因素之一,且其力学行为表现为应力场、渗流场、裂隙场多场相互作用的流-固耦合特征.利用研发的渗透试验装置,在DDL600电子万能试验机上进行了破碎泥岩压实过程中的渗透特性测定,并分析了有效应力与渗流速度关系、不同粒径泥岩在不同孔隙度下的渗透率和非Darcy流β因子.研究表明,流体在破碎泥岩中的渗流呈现非Darcy流特性,随渗流速度增加,压力梯度减小的幅度增加;渗流速度随液体压力增加而增大,且有效应力与渗流速度曲线可用线性关系式拟合;不同粒径的泥岩,随孔隙度增大,渗透率呈现不同的变化趋势,其渗流的非Darcy流β因子随孔隙度增大呈现减小趋势,粒径越小,减小趋势越明显.     

不同孔隙率下破碎灰岩渗透特性试验研究

由渗流引起的动力灾害事故多发生在破碎破裂岩体中,因而如何控制渗流作用下的围岩稳定性则是采矿工程中的基础研究课题之一．利用MTS815．02岩石力学试验系统及破碎岩石渗透仪,基于稳态渗透法研究了3种不同粒径的破碎灰岩的渗流特性随孔隙率的变化规律．研究表明,水在破碎灰岩中的渗流为非达西渗流,孔压梯度与渗流速度之间可用二次多项式拟合;随着孔隙率的减小,渗透率总的趋势减小,而非达西流偏离因子增加;破碎灰岩的渗透率量级为10^-14～10^-13m^2,而达西流偏离因子的量级为10^13～10^14kg·m^-4．该研究成果可为解决破碎岩石渗流的工程问题提供一定的参考．     

地下水的非达西渗流规律研究

分析了地下水的径向渗流的理论与试验规律,采用解析分析的方法对径向非达西流进行求解,并与达西渗流解进行了比较,从而可以看出不能用达西流代替非达西渗流。最后建立了非达西渗流情况下的数学模型。     

起始水力梯度对真空预压下砂井地基固结过程的影响

针对粘土中孔隙水渗流存在起始水力梯度的现象,将考虑起始水力梯度的非Darcy渗流方程引入传统的砂井固结理论对其进行修正,并给出了真空预压下砂井地基固结近似解。探讨起始水力梯度对真空预压下砂井地基固结过程的影响,包括渗流前锋面的运动规律、孔隙水压力的分布变化规律和平均固结度的变化规律。结果表明,由于存在起始水力梯度,会延缓真空压力的传播,进而影响孔隙水的渗流和整个土层的固结速度。起始水力梯度越大,滞后现象越明显。此外,起始水力梯度的存在将使平均孔隙水压力逐渐趋于某一稳定值,但无法达到真空压力,所以最终平均固结度将小于100%,且其值随起始水力梯度的增大而减小。     

低渗透油藏微乳液驱非线性渗流规律研究

以低渗透油藏为研究主体,分析低渗透岩心微观渗流特征,对比低渗透油藏水驱和微乳液驱条件下启动压力梯度的变化,从引起低渗透油藏存在启动压力梯度的边界层性质出发,研究低渗透油藏表面活性剂微乳液驱条件下的低速非线性渗流规律,建立相应的非达西渗流方程,并通过模拟已实验过的低渗透油藏岩样的实验结果来验证所建立非达西渗流方程的准确性。     

Investigation of Barree-Conway non-Darcy flow effects on coalbed methane production

Coalbed gas non-Darcy flow has been observed in high permeable fracture systems,and some mathematical and numerical models have been proposed to study the effects of non-Darcy flow using Forchheimer non-Darcy model.However,experimental results show that the assumption of a constant Forchheimer factor may cause some limitations in using Forchheimer model to describe non-Darcy flow in porous media.In order to investigate the effects of non-Darcy flow on coalbed methane production,this work presents a more general coalbed gas non-Darcy flow model according to Barree-Conway equation,which could describe the entire range of relationships between flow velocity and pressure gradient from low to high flow velocity.An expanded mixed finite element method is introduced to solve the coalbed gas non-Darcy flow model,in which the gas pressure and velocity can be approximated simultaneously.Error estimate results indicate that pressure and velocity could achieve first-order convergence rate.Non-Darcy simulation results indicate that the non-Darcy effect is significant in the zone near the wellbore,and with the distance from the wellbore increasing,the non-Darcy effect becomes weak gradually.From simulation results,we have also found that the non-Darcy effect is more significant at a lower bottom-hole pressure,and the gas production from non-Darcy flow is lower than the production from Darcy flow under the same permeable condition.     

低渗透双重介质油藏试井解释模型

低渗透油藏不仅渗透率低,储层存在一定的应力敏感性,而且原油在地层中的流动不满足达西定律,其渗流必须克服一定的启动压力梯度才能流动.针对这些特点,引入渗透率模数表示介质变形对渗透率的影响,考虑原油的非达西流动,建立了低渗透双重介质油藏试井解释模型,采用数值方法进行求解,绘制压力和压力导数双对数曲线.结果表明:低渗透双重介质油藏的压力和压力导数双对数曲线不存在0.5水平直线段,而是呈现为上翘的曲线,并且对后期压力响应影响起主要作用的是裂缝的启动压力梯度和渗透率模数.     

吹填珊瑚岛礁钙质软泥的渗透特性试验研究

钙质软泥作为吹填珊瑚地基土的一部分，其渗透特性对于岛礁工程的建设具有重要意义。基于GDSPERM全自动环境岩土渗透试验系统对南海某岛礁钙质软泥进行系列固结渗透联合试验，探究孔隙比、固结历史、固结压力、水力梯度和孔隙液离子浓度对钙质软泥渗透特性的影响，并对钙质软泥孔隙比与渗透系数之间的非线性关系进行拟合分析，得出钙质软泥的系列渗透规律。结果表明：钙质软泥的渗透系数约为10^-6 cm/s，且不随水力梯度的变化而变化，存在初始水力梯度；固结历史对钙质软泥渗透性有较大影响，在孔隙比相同的条件下，未经固结的土样呈现出更低的渗透性能；钙质软泥的渗透系数随固结压力的增大而减小，减小幅度不超过一个数量级；随着孔隙比的增大，钙质软泥的渗透系数也相应增大，两者呈非线性关系，"lg[k_v（1+e）]-lg e"模型拟合效果较好，为适用于钙质软泥的最优非线性渗透模型；钙质软泥的渗透系数随孔隙液NaCl浓度的增大而减小。     

嵌入不透水球体复合多孔介质渗流场分析

嵌入不透水球体的复合多孔介质广泛存在于地下水渗流领域,由于不透水球体的影响,多孔介质中的水在流经不透水球体时发生绕流,且距离球体越近绕流现象越明显。为求解该复合介质的渗流场和等效渗透系数,在球坐标系下采用非线性Brinkman-extended Darcy方程,以无穷远处单向来流均匀和球面不滑移条件作为边界条件,求解出球体周围渗流流速与压强的解析解。分析该解析解表达式可知,此复合介质渗流场流速和压强分布与多孔介质基质的渗透率和地下水动力粘滞系数有关。在此基础上对渗流场流速进行积分,求出了Darcy流平均流速,并将平均流速表达式与Darcy公式表达式进行对比,得出等效渗透系数表达式,并且理论证明球体与多孔介质的相对尺寸是影响复合介质等效渗透系数的最主要因素。最后以一定级配的砂作为多孔介质基质,用直径分别为4cm、6cm、8cm的三种有机玻璃球体作为不透水球体,自制试验装置,开展了嵌入不透水球体复合多孔介质的常水头渗流试验。试验中控制多孔介质基质的压实度来保证其渗透系数基本不变,改变填充在多孔介质基质中的不透水球体进行渗流试验,对每一个不透水球体分别进行三组试验,取平均值作为试验结果。试验结果与理论计算的等效渗透系数值误差较小,验证了所推求嵌入不透水球体复合多孔介质渗流场的正确性。