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基于“混合耦合理论”的双重孔隙介质HMD模型及应用
1
作者
许昌毓
韩立军
+1 位作者
王锴
陈晓辉
《采矿与岩层控制工程学报》
北大核心
2025年第4期201-214,共14页
在开采扰动下,富水矿山采空区围岩孔隙结构和渗透性往往发生较大的改变,从而诱发导水裂隙带的产生,甚至导致突水灾害。导水裂隙带的形成不仅具有很强的不可预见性,往往还需要考虑开采过程中裂隙围岩的应力、渗流等多物理场的耦合作用,...
在开采扰动下,富水矿山采空区围岩孔隙结构和渗透性往往发生较大的改变,从而诱发导水裂隙带的产生,甚至导致突水灾害。导水裂隙带的形成不仅具有很强的不可预见性,往往还需要考虑开采过程中裂隙围岩的应力、渗流等多物理场的耦合作用,因此对于相关模型的建立依然是一个挑战。为了探究采动过程中应力、渗流以及损伤耦合下的裂隙带形成规律,首先将包含大量孔隙、裂隙的富水围岩简化为双重孔隙介质,即介质由多孔基质与裂隙重叠而成。然后基于新兴的混合耦合理论,采用非平衡热力学的方法,建立考虑应力-渗流-损伤耦合(Hydro-Mechanical-Damage Coupling)的双重孔隙介质的热力学一致本构模型。同时,推导出应力-渗流-损伤(HMD)耦合条件下应力、孔隙度和裂隙体积分数的动态演化方程。最后,将推导出的耦合模型应用于实际工程情境,利用有限元软件对围岩孔隙水压力、应力、竖向位移以及损伤的演化规律进行数值模拟分析,并揭示出富水矿山采动过程中导水裂隙带可能形成的位置,为工程实践提供一定的参考。
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关键词
混合耦合理论
双重孔隙介质
流-固-损伤
耦合
导水裂隙带
富水矿山开采
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职称材料
弹塑性多孔介质流固耦合新理论:混合耦合理论
被引量:
2
2
作者
徐丽阳
王锴
+2 位作者
丁智
徐日庆
陈晓辉
《计算力学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第1期129-138,共10页
在全球气候变化和双碳政策的大背景下,多孔介质中固体的变形和流体的输运问题变得尤为重要。然而,在多孔介质中建立流固耦合模型仍面临的挑战之一是需要考虑跨越宏观尺度到纳米尺度的耦合作用。本文利用基于非平衡热力学的混合耦合理论...
在全球气候变化和双碳政策的大背景下,多孔介质中固体的变形和流体的输运问题变得尤为重要。然而,在多孔介质中建立流固耦合模型仍面临的挑战之一是需要考虑跨越宏观尺度到纳米尺度的耦合作用。本文利用基于非平衡热力学的混合耦合理论,提出了一个弹塑性多孔介质流固耦合新模型,在同一个理论框架内研究了弹性变形、塑性变形和液体渗流之间跨尺度的耦合,考虑了耗散过程中的熵产,并利用Helmholtz自由能连接宏观尺度上的力学变形和纳米尺度上的液体输运之间的相互作用。在应力-应变关系中采用了弹塑性刚度系数以反映塑性的影响。同时,经典的达西定律扩展为可考虑固体的塑性变形。通过与文献中模型的比较,验证了该模型的有效性。最后,数值分析表明在多孔介质的流固耦合中塑性变形具有比较显著的影响。
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关键词
混合耦合理论
塑性
流固
耦合
多孔介质
跨尺度
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职称材料
题名
基于“混合耦合理论”的双重孔隙介质HMD模型及应用
1
作者
许昌毓
韩立军
王锴
陈晓辉
机构
中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室
中国矿业大学力学与土木工程学院
安徽理工大学地球与环境学院
利兹大学土木工程学院
出处
《采矿与岩层控制工程学报》
北大核心
2025年第4期201-214,共14页
基金
国家自然科学基金资助项目(51574223)。
文摘
在开采扰动下,富水矿山采空区围岩孔隙结构和渗透性往往发生较大的改变,从而诱发导水裂隙带的产生,甚至导致突水灾害。导水裂隙带的形成不仅具有很强的不可预见性,往往还需要考虑开采过程中裂隙围岩的应力、渗流等多物理场的耦合作用,因此对于相关模型的建立依然是一个挑战。为了探究采动过程中应力、渗流以及损伤耦合下的裂隙带形成规律,首先将包含大量孔隙、裂隙的富水围岩简化为双重孔隙介质,即介质由多孔基质与裂隙重叠而成。然后基于新兴的混合耦合理论,采用非平衡热力学的方法,建立考虑应力-渗流-损伤耦合(Hydro-Mechanical-Damage Coupling)的双重孔隙介质的热力学一致本构模型。同时,推导出应力-渗流-损伤(HMD)耦合条件下应力、孔隙度和裂隙体积分数的动态演化方程。最后,将推导出的耦合模型应用于实际工程情境,利用有限元软件对围岩孔隙水压力、应力、竖向位移以及损伤的演化规律进行数值模拟分析,并揭示出富水矿山采动过程中导水裂隙带可能形成的位置,为工程实践提供一定的参考。
关键词
混合耦合理论
双重孔隙介质
流-固-损伤
耦合
导水裂隙带
富水矿山开采
Keywords
the mixture coupling theory
dual-porosity media
hydro-mechanical-damage coupling
water-conducting fracture zones
mining of water-rich mine
分类号
TD325 [矿业工程—矿井建设]
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职称材料
题名
弹塑性多孔介质流固耦合新理论:混合耦合理论
被引量:
2
2
作者
徐丽阳
王锴
丁智
徐日庆
陈晓辉
机构
浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心
浙江省城市地下空间开发工程技术研究中心
浙大城市学院土木工程系
浙江省城市盾构隧道安全建造与智能养护重点实验室
北京师范大学水科学研究院
利兹大学土木工程系
出处
《计算力学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第1期129-138,共10页
基金
浙江省“尖兵”“领雁”研发攻关计划(2023C03182)
国家自然科学基金(52178400,52278418)
+1 种基金
浙江省自然科学基金重点项目(LHZ20E080001)
浙江省重点研发计划项目(2020C01102)资助.
文摘
在全球气候变化和双碳政策的大背景下,多孔介质中固体的变形和流体的输运问题变得尤为重要。然而,在多孔介质中建立流固耦合模型仍面临的挑战之一是需要考虑跨越宏观尺度到纳米尺度的耦合作用。本文利用基于非平衡热力学的混合耦合理论,提出了一个弹塑性多孔介质流固耦合新模型,在同一个理论框架内研究了弹性变形、塑性变形和液体渗流之间跨尺度的耦合,考虑了耗散过程中的熵产,并利用Helmholtz自由能连接宏观尺度上的力学变形和纳米尺度上的液体输运之间的相互作用。在应力-应变关系中采用了弹塑性刚度系数以反映塑性的影响。同时,经典的达西定律扩展为可考虑固体的塑性变形。通过与文献中模型的比较,验证了该模型的有效性。最后,数值分析表明在多孔介质的流固耦合中塑性变形具有比较显著的影响。
关键词
混合耦合理论
塑性
流固
耦合
多孔介质
跨尺度
Keywords
Mixture Coupling Theory
plasticity
Hydro-Mechanical coupling
porous media
multi-scale
分类号
O344.3 [理学—固体力学]
O302 [理学—力学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于“混合耦合理论”的双重孔隙介质HMD模型及应用
许昌毓
韩立军
王锴
陈晓辉
《采矿与岩层控制工程学报》
北大核心
2025
0
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职称材料
2
弹塑性多孔介质流固耦合新理论:混合耦合理论
徐丽阳
王锴
丁智
徐日庆
陈晓辉
《计算力学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2024
2
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职称材料
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