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不同裂纹分布的孔隙材料渗透系数

发布时间:2018-05-13 09:31

  本文选题:含裂纹孔隙材料 + 有效渗透性 ; 参考:《工程力学》2017年12期


【摘要】:含裂纹孔隙材料渗透性由裂纹的微观结构决定,其研究对工程实践意义重大。该文假设含裂纹孔隙材料是由孔隙基体和裂纹组成的二相复合材料,基于细观均匀化理论给出了四种不同裂纹分布的渗透张量稀疏解、相互作用直推(IDD)解和修正的IDD解。基于单元嵌入技术和弹性比拟的数值模拟方法,采用不连通的离散裂纹模型,研究了裂纹数目对有效渗透系数数值解收敛性的影响及不同裂纹分布的孔隙材料渗透性,并将得到的数值解和理论解对比分析,结果表明:随着裂纹数目的增加,有效渗透系数的变化范围逐渐减小,并最终趋于稳定,而且选择合适的裂纹数目,能同时保证计算的随机收敛性和合理的计算效率;对于所研究的四种分布的裂纹,相比稀疏解,IDD解更接近数值解,但随着裂纹密度的增加,裂纹间的相互作用增强,IDD解会逐渐偏离数值解;修正的IDD解充分考虑了裂纹间的相互作用和边界效应,能更好地估计含裂纹孔隙材料的渗透性。
[Abstract]:The permeability of porous materials with cracks is determined by the microstructure of cracks, which is of great significance to engineering practice. In this paper, it is assumed that the porous material with cracks is a two-phase composite composed of pore matrix and crack. Based on the mesoscopic homogenization theory, four kinds of permeable Zhang Liang sparse solutions with different crack distributions are presented, and the interaction direct IDD solution and the modified IDD solution are given. Based on the numerical simulation method of element embedding technique and elastic analogy, the influence of crack number on the convergence of numerical solution of effective permeability coefficient and the permeability of porous materials with different crack distribution are studied by using disconnected discrete crack model. The numerical solution is compared with the theoretical solution. The results show that with the increase of the number of cracks, the range of effective permeability coefficient decreases gradually, and finally tends to be stable, and the appropriate number of cracks is chosen. It can guarantee the stochastic convergence and reasonable computational efficiency of the calculation at the same time. For the four kinds of distributed cracks studied, the IDD solution is closer to the numerical solution than the sparse solution, but with the increase of the crack density, The modified IDD solution takes full account of the interaction between cracks and the boundary effect and can better estimate the permeability of porous materials with cracks.
【作者单位】: 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室;
【基金】:国家重点研发计划课题项目(2017YFC0804602) 国家自然科学基金重点项目(51339003) 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室自主科研课题项目(2016-KY-05)
【分类号】:TV41

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本文编号:1882599

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