考虑参数动态变化和相互关联的浆液扩散范围研究

土体注浆加固与防渗施工引起的浆液扩散过程,涉及固体骨架应力应变、浆液的渗流场分布以及浆液浓度垂直于扩散方向的分布梯度等问题。基于多孔介质渗流场和应力场的耦合作用,考虑注浆浆液参数的粘时变特性,以及注浆过程中多孔介质的密度、孔隙率、渗透率等物性参数的动态变化,分析注浆过程中的土体物性参数相互关联性和动态变化过程,给出了浆液时变和多孔介质参数动态变化的渗流场与应力场耦合的注浆扩散的模拟实现过程。采用有限单元法对均质土体进行流固耦合作用下注浆扩散范围的数值模拟,得到了黏度时变和黏度不变条件下的球形扩散半径和柱面扩散半径范围。与经典注浆扩散理论对比分析可知,考虑浆液时变特性、土性参数的动态变化和相互关联的流固耦合作用模拟可以很好地分析土体中浆液扩散范围。     

饱和多孔介质流固耦合渗流的数学模型

将基于多孔介质的有效应力原理引入流固耦合渗流中，并根据平衡条件得出了应力场方程；充分分析流固耦合渗流的物理特性，建立起孔隙度和渗透率动态模型；依据流体力学连续性方程，考虑流固耦合情形下多孔介质骨架变形特性和流体的可压缩性，得到了孔隙流体的连续性方程，即渗流场方程。在以上诸方程的基础上辅助以定解条件，建立起了完备的饱和多孔介质流固耦合渗流的数学模型。本文还对模型进行了简化分析，并与经典一维固结理论作定性对比，分析表明，经典的固结理论可认为是本文模型的一种简化。进一步的算例求解和验证工作正在进行中。     

流固耦合对深覆盖层内防渗墙应力变形的影响

深厚覆盖层为多孔岩土介质,应力场与渗流场相互作用,存在流固耦合效应.基于比奥固结理论,建立了渗流场与应力场耦合的数学模型;计算分析了某闸坝工程深厚覆盖层基础内防渗墙的应力变形.研究结果表明,考虑流固耦合效应的防渗墙应力变形比不考虑流固耦合效应的要小.     

非饱和多孔介质应力渗流耦合分析研究

非饱和多孔介质进行应力场渗流场耦合分析时引入多孔介质有效应力原理,探究有效应力参数的确定。根据弹塑性理论,得到应力平衡方程,继而得到应力场方程。根据孔隙介质的连续性方程,得到渗流场方程。在以上控制方程组的基础上,加上定解条件,建立完整的非饱和多孔介质应力场渗流场耦合分析数学模型。通过土石坝的案例分析,得到数学模型在工程应用中的合理性。     

基于工程混合物理论的饱和裂隙岩体组合本构模型

为了从理论和数值上分析饱和岩体工程的变形和稳定,需要创建饱和裂隙岩体本构模型。根据工程混合物理论,把饱和多孔介质应变分解为骨架应变、固相基质应变和流体基质应变。通过均匀化响应原理建立了饱和多孔介质的势函数本构理论,提出Terzaghi有效应力决定骨架应变、固相基质应力决定固相基质应变和裂隙孔压决定流相基质体应变等本构规律。根据经典岩体力学理论,把饱和裂隙岩体视为由裂隙构成孔隙的饱和多孔介质,建立了饱和裂隙岩体的组合本构模型。算例分析表明:根据本文理论建立的饱和裂隙岩体组合模型能够合理考虑裂隙流体的浮托力,具有较小的孔压系数和各向异性的受力特性。饱和裂隙岩体组合模型可用于海底隧道裂隙围岩在开挖过程中的流固耦合工程特性分析。     

基于ADINA的混流式水轮机流固耦合分析

以连续方程、动量方程、Reynolds应力方程和RANG湍流k-ε模型为控制方程,采用流固耦合理论追踪耦合界面,建立了混流式水轮机数值模型。通过ADINA软件平台,采用流固耦合模块,实现了转轮叶片与内部流场耦合的模拟,得到了转轮结构的应力应变、流场的压力、流速和k-ε分布。     

富水岩质隧道开挖稳定性分析

为了对富水区岩质隧道开挖的安全范围进行研究，基于弹性多孔介质和Ｂｉｏｔ－Ｗｉｌｌｉｓ理论模型，考虑开挖过程中渗透系数变化，建立隧道开挖三维流固耦合模型，并以此对重庆花阳隧道的开挖稳定性进行分析。通过不同的开挖距离（步长）将中间迭代过程中的应力结果嵌入到流体模型的孔隙水压力中，实现流固耦合作用下隧道动态开挖过程稳定性分析。结果表明:在隧道富水段，原位应力增大是由孔隙水压力产生的，距离富水段开挖前１０ｍ和开挖后３０ｍ是应力、位移发生突变的区域，突变率将近５０％，在开挖富水隧道时，应在安全范围内对隧道进行加固，保持隧道的稳定性。论文成果可为隧道现场灾害治理提供参考性意见。     

地层渗透系数对岩质场地变形特性的影响

目前,60%以上的场地破坏都与地下水有关。巨大水头差会导致开挖区周边地下水流动,对基坑周围的建筑物稳定性影响较大,研究地下水对场地变形的影响具有重要意义。基于多孔介质与孔隙流体耦合方法,建立场地变形有限元模型,将地层设置为多孔介质材料,分析地层渗透系数对场地变形的影响。结果表明,随着渗透系数的变大,场地有效应力增加,地下水流速变大,但场地位移和应变值变小。     

不同边界条件对孔隙介质渗流-应力耦合的影响

以孔隙介质的流体力学和连续性介质弹性力学为理论基础,建立多孔连续性介质的渗流-应力耦合模型,根据4种不同的边界条件,采用Flex PDE有限元计算软件编程分别求解4种边界条件下渗流-应力耦合的数学模型。比较4种不同的计算结果,分析表明,不同的位移场或渗流场边界条件会对渗流-应力耦合效应产生较大的影响。     

多孔连续介质渗透压力对变形应力影响的数值模拟方法探讨

渗流场对应力和变形影响计算中渗流荷载普遍采用渗透体积力+浮托力方式,这是一种简化近似算法,即忽略了渗透压力作用下固体介质自身的变形。这种近似对于土、砂等细颗粒离散介质的误差是可以忽略的,但对于混凝土、裂隙岩体等多孔连续介质或等效孔隙介质则因忽略了孔隙压力对固体介质变形的影响,夸大了浮托力的作用,导致变形和有效应力失真。本文从孔隙水压作用下的应力应变关系出发,将孔隙压力的作用按初应变(或初应力)推导有限元渗透荷载公式(孔隙压力初应力/应变法)。用算例比较了不同方法对结果的影响,结果表明,渗透体积力+浮托力的算法,有效应力和变形误差过大,有些情况下会得到错误的变形结果。而孔隙压力初应力/应变法,可以正确地得到渗流场中渗透压力作用下的应力和变形。