冲击载荷作用下含液饱和多孔介质中应力波传播问题的研究

摘要

地质材料,不论是土还是岩石,在微观结构上都具有晶粒结构、孔隙、微裂纹等特征,并且在孔隙或微裂纹中还往往含有流体或气体,因此地质材料的力学问题往往是液体、固体以及气体间相互作用的问题.在实际的工程应用中,重大水利工程爆破施工时岩土边坡的稳定性问题;采用爆破技术在油层中制造冲击波以提高出油率时油层中的响应,以确定爆炸工艺对提高石油生产率的有效性等关键性技术问题的解决都要求对含有液体的多孔介质在动载荷作用下的力学行为进行深入的理论、数值和实验研究.这些关键性技术问题的理性解决将对推动中国在这些工程领域的科技进步,国家经济和社会发展起到重要作用.该文回顾了含液多孔介质理论的发展历程,系统地总结了液饱和多孔介质中应力波传播问题的研究现状和主要成果.论文主要分为两大部分:第一部分基于替代模型的Biot理论,对各向异性介质中平面波以及表面波的传播特性进行了研究;第二部分从细观层次出发,提出了一个更加符合含液饱和多孔介质内部作用机理的三维细观计算模型,并对纵向冲击载荷作用下液饱和多孔介质中弹性波的传播规律进行了讨论.

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1引言

1.2应力波理论的发展概况

1.3多孔介质理论的发展概况与现状

1.3.1Biot理论

1.3.2混合物理论

1.4本文工作概述

本章参考文献

2正交各向异性液饱和多孔介质中应力波特征分析

2.1引言

2.2基本方程

2.3特征曲面微分方程

2.4速度曲面的微分方程

2.5波阵面方程

2.6算例分析及讨论

2.7本章小结

本章参考文献

3正交各向异性液饱和多孔介质中应力波的传播

3.1引言

3.2正交各向异性饱和多孔介质的基本方程

3.3正交各向异性饱和多孔介质中的波动方程

3.3.1动态渗透率和动态孔隙弯曲率

3.3.2直角坐标系下的控制方程

3.4各向异性液饱和多孔介质中平面波的特征方程

3.4.1正交各向同性饱和多孔介质中的特征方程和准体波

3.4.2横观各向同性饱和多孔介质中的特征方程和准体波

3.4.3各向同性液饱和多孔介质中的纵波和横波

3.4.4特例分析

3.5计算结果和分析

3.6本章小结

本章参考文献

4横观各向同性液饱和多孔介质中瑞利波的传播

4.1引言

4.2基本方程

4.3瑞利波的特征方程及波速

4.4数值结果和分析

4.5本章小结

图

本章参考文献

5正交各向异性液饱和多孔介质中瑞利波的传播

5.1引言

5.2基本方程

5.3瑞利波的特征方程和存在条件

5.4计算结果和分析

5.5本章小结

图

本章参考文献

6含液饱和多孔介质中三维弹性波的传播

6.1引言

6.2计算模型

6.3基本方程

6.4显式动力有限元方程的建立

6.4.1空间离散

6.4.2时间积分

6.5体积积分与沙漏控制

6.6算例分析与讨论

6.7本章小结

本章参考文献

7结论与展望

附录

本论文创新点

博士期间发表的论文

致谢