基于应变梯度非局部Biot理论的饱和土地基动力特性研究

为探究孔隙尺寸效应(非局部参数表征)和介质局部非均匀效应(尺寸因子表征)对饱和土地基动力响应的影响,基于应变梯度非局部Biot理论,采用无网格法编制循环荷载下饱和土地基动力响应计算程序,验证无网格法程序的正确性。结果表明,尺寸因子为定值时,随着非局部参数的增加,观测点位移及孔压起始响应的时间有所延迟;而非局部参数为定值时,随尺寸因子的增加,观测点位移及孔压起始响应时间有所提前;说明考虑孔隙尺寸效应会减小系统的宏观模量,而考虑土体结构的非均匀效应则会增加系统的宏观模量。研究提出采用无网格法求解饱和土动力问题的方法和思路,可为今后研究饱和土动力学问题的研究提供借鉴。

基于非局部Biot理论的循环荷载下饱和土地基动力特性研究

为探究循环动荷载下,孔隙尺寸对饱和土地基动力特性的影响,利用虚位移原理及Newmark积分法对非局部Biot模型进行了空间及时间离散,并采用有限单元法编制了循环荷载下饱和土地基动力响应的计算程序。将该程序计算得到的饱和土一维固结结果和二维单相弹性地基的动力响应结果与已有文献对比,验证了该程序的正确性。研究了循环荷载下孔隙尺寸效应对一维饱和地基,二维饱和地基及饱和路基动力特性的影响。结果表明:荷载频率较高时,随着非局部参数的增加,饱和土地基的动力响应明显滞后,孔隙尺寸效应对饱和土地基动力响应的影响明显,即荷载频率较高时,孔隙尺寸效应不可忽略。

Biot理论与修正的Biot理论比较及讨论

对Biot理论和修正的Biot理论中的波动方程进行了详细推导,注明了每个参数的量纲和准确含义,并基于修正的Biot理论导出了三种不同形式的波动方程;对两种理论进行比较,得到了Biot弹性系数表达式,并分析了两者的应力及其对应关系;最后,着重对易被混淆的孔隙流体压力符号的正方向和含义,以及基本方程中部分参数的定义式进行了讨论,有助于更好地理解、应用Biot理论和修正的Biot理论。

Biot固结理论在地面沉降计算中的应用

在回顾地面沉降研究现状的基础上,提出采用Biot固结理论进行由降水形成的渗流场与应力场的耦合分析,并运用二维Biot固结平面有限元程序计算因开采地下水而引起的地面沉降问题,最后通过工程实例验证了该方法的可行性。

基于Biot相洽理论的致密砂岩弹性参数计算方法

致密砂岩储层中速度-孔隙度关系复杂,针对致密砂岩中孔隙/裂隙并存的特点,提出了一种致密砂岩储层弹性参数的计算方法。根据Biot相洽理论,引入岩石骨架泊松比,在Biot相洽条件下对其进行求取,用于岩石骨架弹性模量的计算;结合约束反演求取的裂隙孔隙度,在Biot理论框架下求取孔隙和裂隙并存时致密砂岩的弹性参数。该方法无需对除裂隙以外的孔隙进行描述,避免了孔隙参数选取不合理带来的计算误差。使用该方法计算实际致密砂岩储层的弹性参数,用于横波速度计算以及流体敏感参数交会分析,取得了较好的效果,证明了方法的有效性。

Biot理论的唯象修正对S波特性的影响

将复模量引入Biot方程后 ,在一维条件下通过S波的波动方程研究了S波的传播特性 ,S波的数值分析显示在频率域或温度域上都能获得热弛豫衰减峰和Biot衰减峰 .在频率域上由于温度的变化引起两峰相向位移 ,在温度域上 ,因频率的变化也发生相对移动 .随着温度和频率的不断提高 ,两峰发生叠加 ,叠加后两峰互换位置 .低频或低温段的热弛豫峰移到了高频或高温段 ,高频或高温段的Biot峰移到了低频或低温段 .由于两峰的衰减机制不同 ,导致S波波速随频率或温度变化规律的复杂性 .这些规律已部分被共振实验所证实 ,证实该理论模型具有实验基础 .

基于Biot固结理论的地面沉降研究综述

城市地面沉降与地下水开采引发的饱和土体压缩固结密切相关,Biot固结理论准确的描述了孔隙水压力消散与土体骨架变形的相互关系,以该理论为基础建立的多孔介质流固耦合模型在地面沉降数值计算中得到了广泛的应用。在调研大量相关文献后,对Biot固结理论研究进展和获取Biot系数的试验方法等方面进行了系统的总结和阐述,综述了国内外以为Biot固结理论基础的地面沉降研究成果,认为其能较好的反映地面沉降的真实规律,同时提出Biot固结理论在饱和土体的各向异性、应力应变本构关系方面与土体的实际变形特性存在差异等问题,因此仍具有进一步研究和完善的空间。

基于非局部Biot理论下饱和土中深埋圆柱形衬砌对平面弹性波的散射

基于Biot饱和多孔介质理论和非局部弹性理论,构建了非局部Biot运动方程及本构方程。利用波函数展开法及饱和土与衬砌边界连续条件和衬砌内边界自由边界条件,求解了饱和土体中圆柱形衬砌对平面波散射问题的解析解。并通过将该解退化为单相介质中及经典Biot理论下衬砌对平面P波散射稳态解,验证了计算结果的正确性。研究结果表明,衬砌内边界及外边界动应力集中因子均随非局部因子的增大而减小;隧道内边界动应力集中因子分布曲线随非局部因子的减小而扩大;当入射波频率大于0.045 MHz时,饱和土中空隙尺寸及空隙动力的影响将不可忽略;非局部因子一定时,衬砌外径与内径比越大则衬砌内边界动应力集中因子越大,且当衬砌较薄时,衬砌内边界动应力集中因子可能产生负值。

应用BIOT理论预测储层有效厚度

Biot理论将地下储层模拟为Biot介质 ,将储层参数与地震波传播有机的结合起来 ,更接近于地下的真实描述。基于Biot理论的储层参数处理为我们提供了更丰富的储层信息。以往利用地震资料求取储层参数 ,通常存在一些不足之处 ,如求取低频分量时 ,在有井的情况下 ,以井与井之间的低频分量的内插是一个难题 ,简单的线性内插只有在地层产状平缓变化时才能取得较好的效果。本次研究所采用的Biot方法 ,充分考虑了地震波在固液双相介质条件下传播的特殊性质 ,并对实际探区的有效厚度参数进行了预测 ,取得了令人满意的效果。以该方法在永乐油田东块储层地震方法研究中的成功应用 。

基于Biot理论多种简化模型的适用性研究

基于Biot理论提出的简化模型主要包括以下简化形式:忽略混合物动力平衡方程和广义达西定律中相对加速度项;忽略混合物动力平衡方程中相对加速度项以及广义达西定律中所有惯性项;忽略控制方程中所有惯性项。分析了多种简化模型在不同材料参数和不同激励频率作用下的适用性,基于不同简化模型得到了一维有限饱和土柱的位移和孔压的频域解析解,引入无量纲量综合考虑渗透系数、孔隙率和激励频率等参数的影响,并依据这些无量纲量分析各种简化模型的适用范围。

弹塑性大变形Biot固结理论的参变量变分原理

根据大变形弹塑性理论Lagrangian描述的UL方法,利用参变量变分原理的思想推导建立了弹塑性大变形Biot固结理论的数值模拟计算方法。该方法的优点在于,将弹塑性分析问题转化为屈服条件下的约束求弹塑性势能泛函的极值问题,增量计算中不需要迭代,而且便于进行非关联流动与应变软化计算。

多层饱和地基三维Biot固结问题的一个理论解

从直角坐标系下三维饱和弹性土体的控制方程出发,通过引入中间变量和积分变换,构造出一组有6个参量的状态方程和一组有2个参量的状态方程,求得单层土B iot固结问题的传递矩阵;将传递矩阵应用于多层体系中的每一层,结合边界条件和连续条件,得到多层土B iot固结问题变换域内的解;通过相应的积分逆变换,求得该问题物理域的真实解。同时,对求得的解进行分析以验证其正确性。

基底不透水条件下埋置基础沉降的Biot固结理论解

基于 Biot固结理论 ,分析了基底不透水 ,侧壁为半透水介质的埋置基础沉降随时间变化规律。采用 Hankel和 L aplace变换 ,简化固结控制方程。基底平面的渗流和接触应力采用级数逼近的方法模拟。获得了地基表面和基础底面任意点的位移积分形式解。运用反变换技术可以获得位移随时间的变化规律。该方法对于复合地基、沉井基础等地基的固结理论研究及工程设计均有一定的借鉴意义。

ANSYS基于Biot固结理论流固耦合模型及应用

ANSYS作为通用有限元软件,在土木工程领域有着广泛的应用,但在岩土工程模拟方面,特别是在土的本构关系及固结方面存在很多需要改进和增加的地方。ANSY12.0以Biot固结论文为基础,增加了流固耦合模型,用于类似于土体的孔隙介质。基于此,分析了ANSYS中流固耦合模型提供的内容,介绍了其计算步骤,并计算了一维和二维两个工程实例,其中一维实例采用了CPT216三维单元,分析了其适用性。分析及计算结果表明,流固耦合模型可以解决实际的工程问题,具有一定的计算精度,但是还有一些不足,例如:土的本构模型仅仅局限于弹性体;不能考虑非饱和、非稳定流问题等等。

改进Biot固结理论移动网格有限元分析

为了提高饱和土固结数值分析结果的精度,提出了一种基于改进Biot固结理论的移动网格有限元分析方法(FEM).该方法在传统Blot固结控制方程组中引入土水势方程(SWP)和移动网格算法,根据虚功原理和加权残值法推导了相应的增量有限元方程.通过算例分析研究了土水势方程和网格算法的影响.结果表明:改进理论的地基沉降和总土水势小于传统理论,而侧向位移大于传统理论.移动网格算法的各场变量值小于固定网格算法.提出的方法在小变形理论范畴内能更好地模似地基固结性状.

广义Biot理论u～U与u～p形式算法计算效率比较

广义Biot理论常用于描述连续多孔介质在荷载作用下的力学行为 ,但其数值求解较为困难 ,不同研究者通常采用u～U和u～p两种有限元列式求解广义Biot理论的控制方程 ,但对两种解法的求解稳定性和求解效率一直缺乏系统的比较。基于CompaqVisualFortran 6 .6环境 ,开发了二维广义Biot理论u～U与u～ p形式有限元数值求解程序。大量试算表明 ,u～U形式刚度阵病态性较弱 ,其计算稳定性优于u～ p形式。通过实例比较不同网格剖分规模与不同时段步数条件下u～U与u～ p形式算法所花费的CPU时间 ,观察到u～

应用改进的Biot-Gassmann模型估算天然气水合物的饱和度

针对南海神狐海区含天然气水合物的高孔隙度、以粉砂质黏土为主的未固结的深水沉积地层,采用Lee提出的改进的Biot-Gassmann(BGTL)模型,利用纵波速度数据估算了A井天然气水合物的饱和度。BGTL模型假设非固结沉积地层的横波速度与纵波速度比与地层骨架的横波速度与纵波速度比与地层孔隙度有关。模型中参数的选择与天然气水合物在沉积物中的赋存方式、沉积物的矿物组成、地层压差、孔隙度及微观孔隙结构等参数密切相关。A井中天然气水合物在沉积物中赋存模式接近于颗粒骨架支撑模式。根据岩心分析资料将A井的矿物骨架简化为黏土矿物、碳酸盐、陆源碎屑3类,根据各矿物组分的理论弹性参数和体积百分比可以计算得到地层骨架的弹性模量和密度。应用BGTL理论估算得到的A井天然气水合物主要赋存于海底以下195～220mbsf井段,饱和度多数为20%～40%,最大饱和度为47%左右,与实测结果吻合。

从Biot固结理论认识渗透力

渗透力是土力学中的重要概念，也是岩土工程界一直所关心的问题。在渗流变形耦合问题的分析中，正确认识渗透力的地位和作用具有重要意义。基于Biot固结理论较严格的耦合机理，较深入地探讨了渗透力在直接耦合和序贯耦合分析中的地位。对渗流变形耦合问题而言，渗透力不是独立存在的客观物理量，而只是序贯耦合分析方法中的一个中间量。

基于扰动状态理论的Biot固结有限元分析

通过求解水–土耦合的综合方程组可以得到任意时刻的位移和孔隙压力值。理论公式推导和有限元分析过程建立在有效应力原理、连续条件和平衡方程基础之上。在扰动因子的演化方程中自变量取为材料的竖向应变。材料参考状态各部分应变取值一致。扰动状态理论得到的材料变形比只利用弹塑性模型得到的材料变形偏大,这一点与应用损伤理论得到的结果性质相似。

Biot理论应用于地震勘探的探索

本文根据弹性波的波动特性，探索引用Biot理论的基本观点描述实测地震记录，初步建立了一套利用地震数据计算地层弹性参数的数学模型，并计算由震源引起的地震应力分布。地震应力信息反映地层沉积结构的某些特征，与地层的物性及所含流体有关，对研究储层参数有实际意义，说明Biot理论在地震勘探与开发中有应用的潜力。