岩土介质渗流与传热特性的宏细观机理研究
岩土介质中的渗流及传热特性是大型水电工程、核废料处置、地热能开采、油/气能源地下储存及CO2地质封存等重大工程实践普遍涉及的关键问题之一。岩土介质作为典型的非连续、非均质材料,其渗流及传热等宏观特性与材料的细观结构特征密切相关,并与赋存环境和岩土变形存在复杂的耦合作用。
本文以非均质的岩土介质为研究对象,从岩土介质的细观结构出发,采用材料细观力学方法和介观数值模拟方法研究岩土体的渗流和传热特性及其细观影响因素,建立了基于细观均匀化方法的岩土介质渗流及热传导模型,发展了裂隙细观流动和传热特性数值模拟的格子Boltzmann方法,阐明了介质细微观结构对渗流及传热特性的影响,揭示了岩土介质渗流和传热特性的宏细观机制。本文主要研究内容如下:(1)从岩土细观结构出发,基于材料细观力学方法和椭球夹杂问题的基本解,推导了土体渗流及传热特性细观均匀化的统一表达式,进而基于非饱和膨润土的细观结构、孔隙分布特征和持水机制,建立了基于均匀化方法的非饱和膨润土有效热传导特性细观力学模型,该模型反映了膨润土颗粒形状、孔隙形状、孔隙双峰分布、孔隙率、饱和度等因素对非饱和膨润 ...


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