二维有限饱和多孔介质流动变形耦合数值模拟

针对二维饱和多孔介质流固耦合渗流数学模型,编制全隐式有限差分计算程序,并以二维有限区域饱和软土层地面沉降变形问题为例,探讨上下表面及加载区域边界透水性的影响.选取4种不同边界条件组合,就均布恒载和周期载荷两种情形分别进行计算分析.结果表明:不论是均布恒载还是周期载荷,其最终沉降量与载荷及土体本身性质有关,与边界条件无关,但不同的边界条件所对应的沉降过程各不相同;随边界透水性逐渐变差,超静水压消散效应减弱,拖拽效应增强;周期载荷的频率不影响变形幅值,但影响孔隙水压力的变化幅值,周期载荷的频率越高,孔隙水压力的幅值越大.

二维有限区域饱和软土Biot固结的数值模拟

针对二维有限矩形区域饱和软土固结问题,选取四种不同边界条件组合,利用数值模拟方法研究了在上表面剪切载荷作用下土体沉降变形的特征和规律。结果表明:在剪切载荷单独作用下,土体位移以水平位移为主,同时竖向位移也客观存在。这反映了土体固结过程中流固耦合的物理现象。土层最终变形量(沉降和水平位移)由剪切载荷与土体物性决定,与边界透水性无关;边界条件对土体的变形模式有着决定性影响。剪切载荷作用、法向载荷作用及二者联合作用的计算结果对比表明:虽然软土Biot固结是复杂的流固耦合过程,但在这个过程中载荷叠加原理依然成立。

Model of coupled gas flow and deformation process in heterogeneous coal seams and its application

The heterogeneity of coal was studied by mechanical tests. Probability plots of experimental data show that the mechanical parameters of heterogeneous coal follow a Weibull distribution. Based on elasto-plastic mechanics and gas dynamics, the model of coupled gas flow＇ and deformation process of heterogeneous coal was presented and the effects of heterogeneity of coal on gas flow and failure of coal wcrc investigated. Major findings include： The effect of the heterogeneity of coal on gas flow and mechanical thilure of coal can be considered by the model in this paper. Failure of coal has a great effect on gas flow.

胶结型天然裂缝对水力裂缝影响的数值计算模型及机理

页岩等非常规储层中富含由矿物填充的胶结型天然裂缝,水力裂缝与胶结型天然裂缝间的相互作用机制是控制复杂裂缝网络形成的关键。基于流动-变形耦合的内聚力模型,采用断裂能参数对天然裂缝胶结强度进行简化表征,建立了水力裂缝与胶结型天然裂缝间相互作用的数值模型。通过与单条水力裂缝极限情况渐进解对比,验证了该方法的可行性。在此基础上,研究了地应力、逼近角、胶结强度比以及压裂液黏度和注入速率等因素对水力/天然裂缝相互作用的影响。研究结果表明:水平地应力差与最小水平地应力共同控制着水力裂缝的穿越行为;地应力差相同,最小水平地应力不同,水力裂缝最终几何形态及缝内压力分布可能不同;逼近角越小,水力裂缝越容易转向沿天然裂缝扩展;胶结强度比越大,水力裂缝越不容易转向沿天然裂缝扩展;忽略缝内流体滤失,相同的注入速率和流体黏度的乘积会导致相似的裂缝几何形状及注入点压力变化。裂缝尖端前缘区域形成低孔隙压力区与内聚力区大小有关:内聚力区越小,孔隙压力越低。