多孔介质渗透迂曲度理论推导与实验验证

多孔介质孔隙连通的定量表征与拓扑连通重构是揭示流体渗透规律的几何方法,而理论工作的滞后严重制约了新的几何建模方法产生。迂曲度是连接渗透率与几何结构的关键载体之一,其理论模型一直没有突破。结合Hagen-Poiseuille与Darcy公式,推导了毛细管迂曲度的普适表达式及颗粒构成孔道的迂曲度公式。针对低渗介质,结合毛细管压力公式,获得了含饱和度的迂曲度公式。引入迂曲度分维,获得基于实验解析的分形影响系数表达式。对于分叉毛细管孔道,建立分叉模型,分析了迂曲度特征,得到了基于能量优化准则的母孔、子孔几何关系。以低渗盐岩渗透为例,验证了迂曲度理论公式的适用性与可靠性,研究结果为多孔介质求解迂曲度提供了一种新的思路。

采动应力分布逾渗模型

采动应力重分布的理论求解是深地工程安全开挖和稳定性维护的力学基石。在全面回顾国内外采动力学模型的基础上,发现依赖弹塑性力学的采动力学理论解优点和缺点共存,优势在于力学单元的普适性严格保证了理论解的严谨性,缺点在于力学单元的连续性定义限制了采动应力模型获得非连续解。引入概率模型或可为采动应力分布求解提供新思路,但单纯引入概率模型获得的采动应力分布解并不能保证解的唯一性。通过对比验证基于Weibull函数、Gumbel函数和Gamma函数3种概率的采动应力分布结果,概率解和实测值之间存在偏差,这种偏差性是概率模型的非唯一性引起的。最后,以裂隙场描述参数连通概率密度为桥梁,通过平行杆模型引入逾渗理论求解采动应力分布,建立了逾渗模型,多个矿区的实测结果和逾渗模型预测值交叉验证,证实采动应力分布逾渗模型可靠且形式简洁。