渗流的流固耦合问题及应用

FLUID-SOLID INTERACTION OFSEEPAGE AND ITSAPPLICATION

渗流过程中的孔隙改变， 既影响流体质量， 又会引起介质渗透率的变化， 导致非线性流固耦合作用。因此研究应力与孔隙压力共同作用下孔隙改变的机制是重要的。首先考察了经典渗流力学的基本假定， 说明忽略总应力对孔隙改变的作用是经典渗流力学及其他非耦合理论不能研究流固耦合作用的基本原因。饱和多孔介质是不溶混的混合物， 内部孔隙结构对多孔介质整体和孔隙改变的响应方程有影响。导出了多孔介质的响应方程及有效应力系数α１ 、孔隙改变的响应方程和有效应力系数α２ 以及孔隙压缩模量Ｋｐ 。证明有效应力系数α１ 和α２ 小于１， Ｋｐ 小于固体基质的相应模量。它们都取决于组成多孔介质的固体基质的力学性质和孔隙结构。还证明了对于孔隙的变形， 总应力比孔隙压力更重要。任何排除总应力影响的理论， 其出发点均不尽合理。研究了流固耦合机制。在渗流过程中， 介质整体变形和孔隙变化是应力和孔隙压力相互作用的结果； 孔隙改变会影响两相物质之间的扩散力和流体的质量守恒方程； 扩散力和孔隙压力对两相物质的动量守恒有影响。这是一些主要的耦合机制。在混合物理论的基本框架内建立了渗流耦合问题的基本方程， 考虑了流体与固体之间的多种耦合作用， 如线性耦合、非线性耦合。