与应变状态相关的岩体双重孔隙介质流-固耦合的有限元计算

基于孔隙—裂隙岩体的双重孔隙介质流—固耦合计算的微分方程，利用伽辽金有限元法提出了相应的有限元公式，并基于岩体分类指标(RQD，RMR）两提出了与岩体应力状态相关的渗透系数计算公式。编制了相应的有限元程序并给出了应用算例，将计算结果与相关文献作了比较．     

泰安抽水蓄能电站围堰稳定性的流-固耦合分析

应用FLAC^3D对泰安抽水莆能电站进、出水口围堰防渗结构进行了三维流-固耦合分析。同时，研究了基础开挖对围堰和基础边坡稳定性的影响。计算结果表明，高压喷射灌浆防渗心端对围堰和基础边坡具有良好的防渗作用，增强了围堰和基础边坡的稳定性。开挖过程对围堰和基础边坡的影响是局部的，对围堰和基础的整体稳定没有产生更大的影响及引起坡脚的破坏，表明开挖侧面预留平台宽度足合理的。     

多孔介质流-固-热三场全耦合数学模型及数值模拟

给出多孔岩体介质的流–固–热三场全耦合数学模型。假定流体为单相流,固体介质为非沸腾的饱和、热弹性多孔介质,该模型由流体物质守恒方程、力学平衡方程和能量守恒方程这3个相互耦合的方程组成,其中包含了众多耦合项,并定义一系列的本构关系及耦合变量。以FEMLAB工具为基础,将该数学模型转化成为一个统一的偏微分方程组,在人机交互的环境下,实现流–固–热三场全耦合数值求解,一次解出渗流场、位移场和温度场,给出更接近真实物理过程的数值解答,避免松散耦合法求解多场耦合问题带来的误差。利用一个已知解析解和数值解的算例来证明了耦合模型及求解方法的正确性。最后模拟通过井孔向岩体中注入冷水时流–固–热全耦合过程,详细地分析全耦合作用对井壁围岩应力的影响,计算结果表明:流–固–热三场耦合作用对井壁的稳定分析有非常重要的影响。     

新型固流耦合相似材料的研制及其应用

 在固体模型材料研究的基础上,应用固流耦合相似理论,通过大量的配比试验,研制出一种新型的固流耦合相似材料(PSTO),这种材料用砂和滑石粉作为骨料,石蜡作为胶结剂,并配以适量调节剂混合而成。通过大量的室内试验,系统研究不同相似材料配比和装模温度对试件性能的影响规律,得到影响相似材料性质的若干因素。该材料的力学特性与岩石性质相似,且在水的作用下不发生软化,非亲水性良好,可模拟不同渗透性的低强度和中等强度的岩体材料,是一种非常理想的固流耦合相似模拟材料。将该材料应用于隧道涌水模型试验,可有效地揭示了位移、应力、渗压等多场信息的变化规律。     

油气流-固耦合渗流研究进展

介绍了多孔介质流-固耦合渗流研究的重要意义，对多孔介质流-固耦合渗流研究进展加以综述和讨论，提出了进一步深入研究的方向，并着重讨论了近十年来油气流-固耦合多相渗流及其应用研究和各种耦合方法，为其他渗流工作提供一定的参考。     

基于Taylor展开随机有限元法的裂隙岩体随机渗流分析

基于等效连续介质模型 ,应用Taylor展开法分析裂隙岩体渗透性的随机性与裂隙基本几何参数随机性的关系 ,然后用一阶Taylor展开随机有限元法分析裂隙岩体渗流场的随机性。数值分析表明 :隙宽的随机性对渗流场的影响最大 ,裂隙的迹长次之 ,间距的影响最小。     

固-液耦合试验材料的研究

在固体模型材料研究的基础上，研制了“固-液”两相模型材料，从而解决了固体模型材料遇水崩解的问题，同时也解决了不同介质材料相似比的耦合以及水沙溃流的试验可视性问题。对富水风积沙层下采煤进行了模拟试验研究，证明所研制的相似材料是可行的。而且通过不同配合比和不同成型压力，可得到变化幅度较大的模型材料，此方法可用于更广泛地模拟不同的岩石基础。     

地质材料中的流一固耦合研究

阐述地质材料中的流-固耦合问题中的几个重要方面,同时也一般地讨论了流-固耦合的基本方程和边界条件。     

煤层气越流固-气耦合模型及可视化模拟研究

应用煤岩体变形与煤层气（瓦斯）越流相互作用的新观点，研究了双层系统煤层气越流运移的机理。在地球物理场作用下，双层系统煤层气越流实质上是可压缩性气体在各向异性且非均质的孔隙与裂隙双重可变形介质中的渗透与扩散的混合非稳定流动过程。依据这一新认识，建立了双层系统煤层气越流与煤岩弹性变形的固-气耦合数学模型，并应用该耦合模型于邻近层煤层气涌出的可视化数值模拟实例中。经实测结果验证，该固．气耦合模型是符合实际的；同时，应用三维数值场计算机模拟技术，直观地再现了煤层气越流场与煤岩体变形场耦合效应的宏观变化特征，为地下煤层气越流场中邻近层煤层气涌出的预测和控制提供了可行的新方法。     

多孔介质流-固耦合渗流数学模型研究

有效应力是多孔介质力学中一个十分重要的基础概念之一，很多多孔介质力学问题的分析都建立在有效应力的概念之上，因此，如何正确地确定有效应力则是多孔介质有关力学理论成败的关键。     

流固耦合作用下深部煤层气井群开采数值模拟

针对深部煤层处在较高地应力和孔隙压力环境下，煤层渗透率降低和瓦斯运移表现出非达西渗流及受煤岩体变形耦合作用明显的特点，建立反映深部低渗透煤层特征和瓦斯流动特性的气水两相流流固耦合模型。以耦合模型为基础，通过数值模拟对深部低渗透井群开采煤层气进行较系统地研究，得到不同渗透率和不同井群间距条件下开采煤层气的储层压力、气和水产能大小、压降漏斗、水饱和度、甲烷浓度和井群干扰的变化规律，考虑较高地应力储层变形影响的流固耦合模型的模拟结果比不考虑耦合作用的结果偏小，对于深部煤层气开采必须重视耦合作用对产量造成的不利影响，制定合理的生产制度和布井方案，尽可能保证储层渗透特性受弱化的程度最小。研究成果对深部低渗透煤层气开采有重要意义。     

大变形流固耦合理论中Darcy定律的表述方法

研究流固耦合理论中渗流本构方程在不同参考构形下的大变形表述方法。采用坐标和应变张量变换方法以及客观性假设,分别导出Darcy定律在空间和物质描述两种情况下的合理形式,同时还推导变形耦合情况下大变形法渗透系数的表达式。算例分析和试验结果均表明,不同描述方法渗透系数之间的差异随着变形发展而增大,在大应变情况下忽略参考构形的影响将引起较大误差。考虑变形耦合的大变形法渗透系数受到材料和几何双非线性的影响,其在数学上的单调性质要比小变形情况复杂。     

低渗透储层流-固耦合渗流规律的研究

考虑低渗透油藏渗流时启动压力梯度和低渗储层的流-固耦合特性，将渗流力学与弹塑性力学相结合，建立适合低渗透油藏的流-固耦合渗流数学模型，并给出其数值解。在黑油模型和弹塑性有限元程序的基础上，编制了计算低渗透油藏流-固耦合渗流的计算软件。通过数值模拟与不考虑流-固耦合时的计算结果相对比，从中可以看出，低渗透油藏中流-固耦合效应是十分明显的。     

复杂裂隙岩体水–力耦合模型及溶质运移模拟

 在刚块弹簧法中引入非线性的裂隙本构关系,同时考虑裂隙法向的非线性应力变形关系、切向的剪切滑动以及剪胀效应,使得该方法可以较为真实地模拟裂隙开度在复杂应力作用下的变化。结合离散裂隙网络方法,建立采用隐式求解的复杂裂隙岩体的水–力耦合模型。该模型显式考虑裂隙存在,能很好地模拟裂隙网络在应力和渗流作用下的演化特征。在水力耦合达到平衡状态后,进行溶质运移分析,采用粒子追踪法模拟溶质在裂隙网络中随渗流的运移过程。根据所提出的模型编制相应程序,对DECOVALEX项目中的典型算例进行分析,研究不同应力条件对渗流以及溶质运移结果的影响以及不同应力条件下水力耦合的控制性机制。研究发现,低应力比条件和高应力比条件下对水力耦合作用起控制作用的分别是法向应力变形关系和剪胀效应。通过对比分析,验证模型的合理性。在此基础上,讨论高水头条件下考虑水力耦合效应的必要性。     

岩石节理张开度的概率模型与随机模拟

为研究岩石节理张开度的概率模型，将节理抽象成界面层，根据含贯通节理的岩石压缩变形特征，确定节理的平均力学张开度。根据节理非饱和渗流试验测定的毛细压力与饱和度的关系推断节理张开度的概率分布类型和分布参数。研究表明，单参数的Gamma分布可合理地表征节理张开度的随机分布特征；张开度的空间变化可用Monte－Carlo法模拟，从而为进一步研究岩石节理的非饱和渗透特性创造条件。     

油气流–固耦合渗流研究进展

介绍了多孔介质流–固耦合渗流研究的重要意义,对多孔介质流–固耦合渗流研究进展加以综述和讨论,提出了进一步深入研究的方向,并着重讨论了近十年来油气流–固耦合多相渗流及其应用研究和各种耦合方法,为其他渗流工作提供一定的参考。     

岩石声发射规律数值模拟初探

提出了岩石声发射规律数值模拟的基本设想和框架，并以有限单元法为例就具体实施的几个关键问题作了简述，包括单元的划分、单元参数的赋值、声发射率的计算。本文给出了一个计算实例，所得结果包括岩石声发射的时间序列和空间序列分布。     

三点弯曲蠕变试验中裂缝扩展 的有限元计算分析

应用破坏接近度的概念，将压应力作用下的非线性粘弹性模型扩张成了拉应力作用下的岩石力学模型。应用该模型，对三点弯曲蠕变试验中裂缝的扩展过程进行了有限元计算，发现裂缝扩展随时间的变化与应力—应变曲线的形状，尤其是强度破坏点以后的曲线形状密切相关。