水、氣二相滲流與雙重介質(zhì)變形的流固耦合數(shù)學(xué)模型.pdf

1、該文基于巖體水力學(xué)和多相滲流力學(xué)理論,將工程地質(zhì)體簡化為雙重介質(zhì),系統(tǒng)研究了水、氣二相流體滲流與雙重介質(zhì)變形耦合作用,包括二相滲流理論分析、孔隙—裂隙復(fù)雜多孔介質(zhì)力學(xué)特性分析和耦合效應(yīng)分析三部分.主要開展了以下幾方面的工作:(1)針對巖土體的孔隙—裂隙二重性,發(fā)展了新的雙重介質(zhì)本構(gòu)關(guān)系即"經(jīng)典彈塑性—損傷復(fù)合本構(gòu)模型":孔隙介質(zhì)用經(jīng)典本構(gòu)模型表述,裂隙介質(zhì)用損傷本構(gòu)模型表達(dá),而雙重介質(zhì)的形變由孔隙形變和裂隙形變疊加組成.在此基礎(chǔ)上,提出

2、了一種孔隙、裂隙功能分配的權(quán)重方案.(2)從系統(tǒng)科學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā),將相互聯(lián)系的地質(zhì)固體系統(tǒng)和地質(zhì)流體系統(tǒng)作為一個整體,分析了水、氣二相滲流與雙重介質(zhì)變形耦合作用機(jī)理,并應(yīng)用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論,推證了二相滲流與孔隙—裂隙雙重巖土體介質(zhì)變形耦合作用的理論方程,聯(lián)合初始和邊界條件,組成了能夠反映二相流體滲流與巖體變形耦合作用過程的數(shù)學(xué)模型.(3)基于二相流固耦合理論模型形式復(fù)雜性的考慮,建立解耦形式的二相流壓力、飽和度方程和巖土體變形方程,并給出

3、相應(yīng)的Galerkin有限元數(shù)值求解公式.(4)針對地質(zhì)巖體數(shù)據(jù)有限、"參數(shù)給不準(zhǔn)"以及尺度效應(yīng)等瓶頸難題,采用了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性參數(shù)識別方法對巖土體力學(xué)與水力學(xué)參數(shù)進(jìn)行反演;提出了一種近似確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層結(jié)點(diǎn)個數(shù)的方法-區(qū)間率定法,并用于算例分析中.(5)采用"模塊化"的軟件設(shè)計(jì)方法,利用VC++、VB和Visual Fortran混合編程進(jìn)行面向?qū)ο笥邢拊?jì)算程序的編制,完成了二相滲流與孔隙—裂隙巖土體介質(zhì)變形流固耦合有限元數(shù)