流固耦合作用下颗粒体细观分析

发布时间：2021-10-13 23:00

　　土体和水的相互作用过程本质上是颗粒体内的土体颗粒和液体水之间的流固耦合过程,从细观层次上分析流固耦合的颗粒体对地质灾害防治和工程建设具有重要的意义。本论文以黏性土和无黏性土颗粒体为研究对象,模拟了水作用下颗粒体出现的多种自然现象,从细观角度分析了自然现象产生的机理,对部分产生灾害的现象提出并模拟了防治措施。论文的研究结果是地质灾害防治和工程建设的理论基础。论文的具体工作如下:针对黏性颗粒体侧重研究流体的压力传播和影响。建立了黏性颗粒体流固耦合模型,先在小的渗透压作用下,验证达西流动的压力传播,然后增大渗透压,对颗粒体进行细观分析,研究渗透压力与颗粒体细观结构演变间的规律,最后模拟水力劈裂,研究注水压力与颗粒体细观结构演变规律。针对无黏性颗粒体主要研究流体压力作用下颗粒体的流失情况。在简化的Navier-Stokes方程上,采用基于离散颗粒模型的两相流模拟方法,建立无黏性颗粒体流固耦合模型。首先模拟了达西流,然后模拟在地质和工程建设中常见的流土和管涌,分析流土和管涌的出现和发展,并且着重研究该过程中颗粒体的细观结构演变情况,最后结合常见的防止灾害措施,模拟分析这些措施的可行性及其防治原理... 

【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：110 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 工程背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 颗粒与流体耦合作用的研究现状
        1.2.2 颗粒体的细观分析的研究现状
    1.3 本文的主要工作
第二章 离散单元法基本原理及细观分析方法
    2.1 离散单元法的基本原理
        2.1.1 离散单元法假设
        2.1.2 颗粒的受力与位移
        2.1.3 颗粒的运动方程
        2.1.4 边界条件和初始条件
        2.1.5 计算时步
        2.1.6 接触模型
    2.2 细观分析方法
        2.2.1 配位数
        2.2.2 孔隙率
        2.2.3 应力
        2.2.4 应变率
    2.3 本章小结
第三章 流体作用下的黏性颗粒体细观分析
    3.1 流体/黏性颗粒耦合方法基本原理
        3.1.1 建立流网
        3.1.2 计算公式
        3.1.3 流固耦合
    3.2 黏性土中达西流动模拟
        3.2.1 黏性土模型及力链分析
        3.2.2 黏性土达西流动数值模拟
    3.3 高渗透压作用下黏性土的细观分析
        3.3.1 力链演变分析
        3.3.2 局部区域细观分析
    3.4 黏性土中水力劈裂模拟和细观分析
        3.4.1 水力劈裂数值模型
        3.4.2 水力劈裂数值模拟
        3.4.3 水力劈裂细观分析
    3.5 本章小结
第四章 流体作用下的无黏性颗粒体细观分析
    4.1 流体/无黏性颗粒耦合方法基本原理
        4.1.1 流体方程
        4.1.2 流体颗粒的相互作用力
        4.1.3 颗粒的运动方程
    4.2 无黏性土中达西流动模拟
        4.2.1 无黏性土颗粒体模型
        4.2.2 无黏性土中达西流动数值模拟
    4.3 无黏性土中流土模拟和细观分析
        4.3.1 流土数值模型
        4.3.2 流土数值模拟及细观分析
        4.3.3 流土防治方法研究及细观分析
    4.4 无黏性土中管涌模拟和细观分析
        4.4.1 管涌数值模型
        4.4.2 管涌数值模拟及细观分析
        4.4.3 管涌防治方法研究及细观分析
    4.5 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 主要研究结果及结论
    5.2 研究展望
参考文献(References)
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于颗粒流的页岩破裂机理试验研究[J]. 曾青冬,姚军.  石油钻探技术. 2015(01)
[2]黏性材料细观与宏观力学参数相关性研究[J]. 周博,汪华斌,赵文锋,李纪伟,郑必灿.  岩土力学. 2012(10)
[3]裂隙岩体水力劈裂的颗粒离散元数值模拟[J]. 杨艳,常晓林,周伟,周创兵.  四川大学学报(工程科学版). 2012(05)
[4]关于土渗透系数颗粒流细观参数研究[J]. 白若虚,程雪松,郑刚.  低温建筑技术. 2012(01)
[5]基于颗粒流方法的砂土宏-细观参数关系分析[J]. 尹成薇,梁冰,姜利国.  煤炭学报. 2011(S2)
[6]深埋隧洞开挖过程中突水与突泥的机理研究[J]. 王媛,陆宇光,倪小东,李冬田.  水利学报. 2011(05)
[7]心墙水力劈裂的颗粒流模拟[J]. 周伟,熊美林,常晓林,周创兵.  武汉大学学报(工学版). 2011(01)
[8]土体劈裂注浆过程的细观模拟研究[J]. 孙锋,张顶立,陈铁林,张晓平.  岩土工程学报. 2010(03)
[9]Visualization of force networks in 2D dense granular materials[J]. Jianguo LIU, Qicheng SUN, Feng JIN State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Department of Hydraulic Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China.  Frontiers of Architecture and Civil Engineering in China. 2010 (01)
[10]二维颗粒体系单轴压缩形成的力链结构[J]. 孙其诚,金峰,王光谦,张国华.  物理学报. 2010(01)

硕士论文
[1]硬脆性泥页岩孔隙压力传递力学效应研究[D]. 李德远.西南石油大学 2013



本文编号：3435565