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能源砂土地基中吸力筒贯入的场-域耦合数值模拟研究
1
作者 司马军 陈志杰 +1 位作者 蒋明镜 李博迪 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第12期2559-2570,共12页
吸力筒具有安装简便、成本低、施工效率高等优点,在深海能源开发中具有广泛应用前景。由于水合物在海床广泛分布,吸力筒在深海能源土地层中吸力贯入将面临水合物性质变化带来的工程挑战。基于商业软件PFC^(3D)+FLAC^(3D)和含水合物多孔... 吸力筒具有安装简便、成本低、施工效率高等优点,在深海能源开发中具有广泛应用前景。由于水合物在海床广泛分布,吸力筒在深海能源土地层中吸力贯入将面临水合物性质变化带来的工程挑战。基于商业软件PFC^(3D)+FLAC^(3D)和含水合物多孔介质的多相流分析程序TOUGH+HYDRATE,针对能源砂土地基中吸力筒吸力贯入问题,提出了一种实用的包括多场耦合与离散-连续耦合的场-域耦合数值模拟方法。首先,模拟了不含水合物净砂地基中压入和吸力贯入过程,与前人研究成果进行了对比,验证了耦合方法的合理性。随后,模拟了初始水压为8 MPa、水合物饱和度为10%的能源砂土(MHBS)地基中吸力筒吸力贯入过程,分析了其贯入特性。主要结论包括:①MHBS地基中吸力贯入时,筒内土体“逐层开裂”,土塞随贯入深度增加呈现“阶梯状”增高,最终土塞高度明显大于净砂地基。②MHBS地基中贯入阻力、吸力和排水量均显著大于净砂情况;受地层开裂影响,贯入阻力与吸力在数值上呈明显的波动变化,波峰值随贯入深度增加而减少,波谷值随贯入深度增加而增大。③吸力导致温-压-化场参数变化以及水合物部分分解,使得能源砂土的力学强度降低;与不考虑力学强度变化相比,吸力筒贯入阻力与吸力有所减小,但最终土塞高度变化不大。④MHBS地基中,贯入速率与贯入阻力和吸力呈正相关,贯入速率与土塞高度的相关性较差。研究对含水合物地层中吸力筒施工有一定的参考意义。 展开更多
关键词 深海能源土 吸力筒贯入 数值模拟 多场耦合 离散-连续耦合
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基于离散裂隙等效连续介质耦合模型的哈尔克山裂隙网络模拟 被引量：2
2
作者 漆琳靖 王泽清 +2 位作者 那金 岑畅 马军 《吉林大学学报(地球科学版)》 北大核心 2025年第4期1256-1268,共13页
哈尔克山位于天山北部,复杂的地质结构和强烈的地形切割导致该地区断裂发达,河谷裂隙发育。哈尔克山地区对天山北麓整体水资源及生态环境有重要影响,为了对其进行地下水渗透能力评价研究,探讨该区域基岩裂隙渗透特征,基于离散裂隙网络模... 哈尔克山位于天山北部,复杂的地质结构和强烈的地形切割导致该地区断裂发达,河谷裂隙发育。哈尔克山地区对天山北麓整体水资源及生态环境有重要影响,为了对其进行地下水渗透能力评价研究,探讨该区域基岩裂隙渗透特征,基于离散裂隙网络模型(DFN)与等效连续介质模型(ECM)的理论基础,提出一种离散裂隙等效连续介质耦合模拟方法。首先,基于研究区水文地质背景,结合其天然裂隙网络特征,开展区域裂隙空间特征分析;然后,根据天然裂隙网络特征开展离散裂隙网络模拟,构建符合实际区域地质条件的离散裂隙网络模型;最后,基于等效介质模型理论,耦合裂隙与地质单元体,计算裂隙网络等效渗透率。结果表明:研究区裂隙受哈尔克山断裂构造影响,整体走向呈NWW向和NEE向;区域裂隙隙宽服从对数正态分布,裂隙在空间分布上服从Fisher分布;裂隙等效半径为312.9~780.6 m,隙宽为1.43~25.19 mm,渗透率为2.3~66.7 mD①,裂隙密度为0.10~5.25 m^(-1);等效渗透率xx方向为0.050~1.877 mD,yy方向为0.050~1.947 mD,zz方向为0.100~2.825 mD,整体区域渗透率均小于3 mD;哈尔克山地区基岩裂隙网络渗透率较低,断裂带及河谷裂隙发育带是山区地下水的主要运移通道。将模拟结果同前期开展的水文地质试验结果对比,二者数值较为相近,证明离散裂隙等效连续介质耦合模拟方法的可靠性。 展开更多
关键词 离散裂隙网络模型 等效连续介质模型 哈尔克山 离散裂隙等效连续介质耦合模拟 水文地质
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气固表面反应-扩散-传热耦合建模及模拟
3
作者 邱天昊 李成祥 葛蔚 《化学反应工程与工艺》 2025年第1期143-154,共12页
为了计算气固催化反应和传热过程中能量的转移和转化,并预测固体温度的变化,采用自主提出的硬球-拟颗粒方法,建立了反应-扩散-传热过程的离散-连续耦合模型。通过模拟高温气体效应下气固作用过程,揭示了微观尺度上的能量交换机制。结果... 为了计算气固催化反应和传热过程中能量的转移和转化,并预测固体温度的变化,采用自主提出的硬球-拟颗粒方法,建立了反应-扩散-传热过程的离散-连续耦合模型。通过模拟高温气体效应下气固作用过程,揭示了微观尺度上的能量交换机制。结果表明当来流温度从600 K升高到4200 K时,固体表面总热流密度从0.4 MW/m^(2)增加到9.5 MW/m^(2),提高了23倍。模拟实现了气固表面复杂作用下固体热流和温度分布的预测,为纳微尺度材料表面反应和传热过程的研究提供了可行的模型和方法。 展开更多
关键词 拟颗粒模型 气固传热 多尺度模拟 离散-连续耦合
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基于离散–连续耦合的尾矿坝边坡破坏机理分析 被引量：24
4
作者 张铎 刘洋 +1 位作者 吴顺川 汪成林 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期1473-1482,共10页
在连续介质力学有限差分数值模拟的基础上,选取有代表性的局部区域进行基于有限差分与离散元的离散–连续耦合分析。采用上述方法模拟了某尾矿坝边坡在尾矿冲填前后潜在滑移带附近的宏细观力学特征。模拟结果显示,对于耦合和非耦合模型... 在连续介质力学有限差分数值模拟的基础上,选取有代表性的局部区域进行基于有限差分与离散元的离散–连续耦合分析。采用上述方法模拟了某尾矿坝边坡在尾矿冲填前后潜在滑移带附近的宏细观力学特征。模拟结果显示,对于耦合和非耦合模型中的连续域两种方法的计算结果基本一致,但离散域的存在可以对滑移带形成过程的细观力学特征,如力链分布、土体细观组构发展等进行分析,研究边坡破坏的细观机理。研究表明,在滑移带形成过程中,滑移带内外土体各向异性的发展明显不同:随着荷载的施加,潜在滑移带内土体颗粒发生了较明显的位移,应力主方向发生了明显转动。颗粒的转动改变了带内组构的分布,并逐渐形成剪切滑移带,造成边坡失稳。滑带外土体虽然应力主方向发生了一定的偏转,但剪应力变化不大。采用的离散–耦合分析方法可以分析边坡在渐进破坏过程中滑移带形成的细观力学机理。 展开更多
关键词 离散–连续耦合 数值模拟 尾矿坝边坡 破坏机理
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岩体渗流的一种改进数学模型 被引量：3
5
作者 张文捷 程荣兰 +2 位作者 詹美礼 盛金昌 王国进 《河海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2010年第1期52-57,共6页
鉴于常规岩体渗流模拟数学模型存在拟真性差、水量交换项难确定、计算难度大、不能全面反映岩体渗流真实物理特性等不足,从离散-连续介质渗透机理出发,引入无厚度渗透突变单元,建立了改进的离散-连续介质耦合模型,提出了反映水头间断程... 鉴于常规岩体渗流模拟数学模型存在拟真性差、水量交换项难确定、计算难度大、不能全面反映岩体渗流真实物理特性等不足,从离散-连续介质渗透机理出发,引入无厚度渗透突变单元,建立了改进的离散-连续介质耦合模型,提出了反映水头间断程度的连续系数概念,并通过不同地质条件下水头间断现象研究,分析了合理的连续系数取值规律.研究表明,改进模型能够真实反映岩体渗流中的水头间断现象,较容易地解决常规数学模型中水量交换难确定的问题. 展开更多
关键词 岩体渗流 离散-连续介质 渗透突变单元 耦合模型 连续系数
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压裂页岩气藏多尺度耦合流动数值模拟研究 被引量：4
6
作者 夏阳 邓英豪 +1 位作者 韦世明 金衍 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期616-629,共14页
在碳达峰的国策背景之下,页岩气成为传统能源向绿色清洁低碳能源转型的重要过渡和能源支点.压后页岩气藏流体流动力学成为高效开发页岩气的关键力学问题.文章将小尺度低导流天然裂缝等效升级为连续介质,建立有机质-无机质-天然裂缝三重... 在碳达峰的国策背景之下,页岩气成为传统能源向绿色清洁低碳能源转型的重要过渡和能源支点.压后页岩气藏流体流动力学成为高效开发页岩气的关键力学问题.文章将小尺度低导流天然裂缝等效升级为连续介质,建立有机质-无机质-天然裂缝三重连续介质模型,同时对大尺度高导流裂缝采用离散裂缝模型刻画,嵌入天然裂缝连续介质中,构建多重连续/离散裂缝模型.综合考虑吸附气的非平衡非线性解吸附和表面扩散,自由气的黏性流和克努森扩散,给出页岩气在多尺度复杂介质中的非线性耦合流动数学模型.提出多尺度扩展有限单元法对离散裂缝进行显式求解,创新性构建三类加强形函数捕捉离散裂缝的局部流场特征,解决了压后页岩海量裂缝及多尺度流动通道的流动模拟难题.文章提出的模型和方法既能准确刻画高导流裂缝对渗流的影响,又克服了海量多尺度离散裂缝导致计算量增大的问题.通过算例展示了压后页岩各连续介质的压力衰减规律,发现裂缝中自由气、有机质中自由气、无机质中吸附气依次滞后的压力(浓度)扩散现象,重点分析了吸附气表面扩散系数、自由气克努森扩散系数、天然裂缝连续介质渗透率和吸附气解吸附速率对页岩气产量的影响.文章重点解决压后页岩多尺度流动通道的表征和复杂耦合流动机理的建模,并开发了高效的数值模拟算法,对于压后页岩的产能评价具有一定的意义. 展开更多
关键词 多尺度 多重连续介质 离散裂缝模型 页岩气流动 数值模拟
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粗重颗粒轻介共流气力输送机理及特性 被引量：12
7
作者 周甲伟 上官林建 +4 位作者 许兰贵 王星星 李冰 范以撒 荆双喜 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第14期308-319,共12页
密相气力输送是散体物料清洁高效输送技术发展的趋势,粗重颗粒受物料属性限制难以形成稳定密相输送。提出适用于粗重颗粒密相输送的轻介共流气力输送方法,在粗重颗粒动理分析基础上对输送系统进行设计,然后从输送机理上阐明该方法较于... 密相气力输送是散体物料清洁高效输送技术发展的趋势,粗重颗粒受物料属性限制难以形成稳定密相输送。提出适用于粗重颗粒密相输送的轻介共流气力输送方法,在粗重颗粒动理分析基础上对输送系统进行设计,然后从输送机理上阐明该方法较于传统气力输送技术的理论优势,最后采用计算流体力学-离散元(Computationalfluid dynamics-discreteelementmethod,CFD-DEM)耦合数值模拟方法,从输送流态、颗粒分布自组织行为和入口压力波动与料栓形态关联等方面研究粗重颗粒轻介共流气力输送过程的颗粒输运特性。研究表明:颗粒密度和粒径是影响轻介共流气力输送系统流态的主要因素,颗粒密度影响更为显著,轻介共流输送可形成散栓与固栓行为并存的准周期动态稳定栓流输送状态;轻介共流输送过程中,存在粗重颗粒在上、轻介颗粒在下的混合颗粒分聚自组织行为和轻细颗粒润滑混合移动颗粒床现象;入口压力波动与混合颗粒的输送流态和质量流量具有强关联,输送能效与颗粒质量流量变化图可联合估算料栓速度和长度。研究有利于拓宽气力输送适用领域,为粗重颗粒密相气力输送提供了新途径。 展开更多
关键词 粗重颗粒 气力输送 CFD-DEM耦合数值模拟 输送特性 轻介共流
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基于连续-离散耦合数值分析的盾构隧道地层扰动区域分布特征研究 被引量：2
8
作者 焦安亮 贺可强 +4 位作者 VICTOR Kuzin 黄延铮 王慧康 郑元勋 张鹏 《施工技术（中英文）》 CAS 2022年第22期132-135,145,共5页
采用连续-离散耦合数值分析方法对超推进、欠推进及土量平衡掘进状态下盾构前方地层扰动特征进行研究。研究结果表明,超推进状态下盾构前方地层受到挤压破坏,掘进面出现被动失稳破坏;欠推进状态下前方地层出现大位移沉降,发生主动失稳破... 采用连续-离散耦合数值分析方法对超推进、欠推进及土量平衡掘进状态下盾构前方地层扰动特征进行研究。研究结果表明,超推进状态下盾构前方地层受到挤压破坏,掘进面出现被动失稳破坏;欠推进状态下前方地层出现大位移沉降,发生主动失稳破坏;土量平衡状态下盾构造成的地层扰动均控制在盾构开挖面周围一定范围内,在较远的区域影响较小。3种掘进状态下形成的破坏区域分布规律均符合掘进面失稳破坏理论,验证了采用连续-离散数值耦合方法模拟盾构掘进中地层扰动特性的适用性。 展开更多
关键词 隧道工程 连续-离散耦合 数值模拟 掘进 地层扰动
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一种裂隙-连续介质的耦合渗流计算方法 被引量：2
9
作者 罗璨璨 宋俊 +2 位作者 尚高增 杨锦 张建海 《水利与建筑工程学报》 2018年第6期82-86,98,共6页
目前单独的孔隙介质(如土体)一般采用基于达西定律的连续介质渗流理论进行渗流分析,单独的裂隙介质(如岩体)多用基于立方定律的离散裂隙网络模型进行渗流分析。对于既有孔隙介质,又有裂隙介质的渗流区域,并没有形成一个整体的分析方法... 目前单独的孔隙介质(如土体)一般采用基于达西定律的连续介质渗流理论进行渗流分析,单独的裂隙介质(如岩体)多用基于立方定律的离散裂隙网络模型进行渗流分析。对于既有孔隙介质,又有裂隙介质的渗流区域,并没有形成一个整体的分析方法。针对裂隙岩基上修筑土石坝这种特殊渗流区域,对岩体裂隙区域和土体孔隙区域采取不同的渗流理论,通过交界区节点水头一致性条件,形成耦合整体渗透矩阵,建立了裂隙-连续介质耦合渗流计算方法,编制了裂隙-连续介质耦合渗流分析程序并进行了算例和工程验证,为裂隙与连续介质的耦合渗流计算提供了新的解决方法。 展开更多
关键词 裂隙-连续介质 耦合渗流 离散裂隙网络 孔隙介质 立方定律
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边坡变形诱发路面裂缝的离散-连续耦合模拟研究 被引量：1
10
作者 苏璇 钱四江 +3 位作者 赵文杰 李晨 陈荻秋 申志福 《科技创新与应用》 2022年第6期52-54,共3页
路面裂缝是一种常见的公路病害,山区边坡变形是路面裂缝的重要诱发原因,而车辆往复加载是路面开裂的直接原因。为研究边坡诱发路面裂缝的规律,对某山区道路的路面开裂进行现场调研,获得路面裂缝的形态、边坡几何参数及变形情况。随后基... 路面裂缝是一种常见的公路病害,山区边坡变形是路面裂缝的重要诱发原因,而车辆往复加载是路面开裂的直接原因。为研究边坡诱发路面裂缝的规律,对某山区道路的路面开裂进行现场调研,获得路面裂缝的形态、边坡几何参数及变形情况。随后基于现场调研结果,构建离散元-有限差分耦合数值模拟模型,对车辆荷载下的路面开裂进行模拟分析。结果表明,所采用的离散-连续耦合模拟方法能再现路面开裂过程,是一种有效的研究手段。 展开更多
关键词 道路裂缝 边坡变形 离散-连续耦合模拟
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