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《中国科学院研究生院(渗流流体力学研究所)》 2005年
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岩体渗流的流固耦合问题及其工程应用

田杰  
【摘要】:渗流中的流固耦合理论是最近国内外研究热点问题,在石油、土木、环境、 地质、采矿等领域有广泛应用。本文在总结前人已有成果基础上,发展了流固 耦合数学模型,并进行了数值模拟,用于解决实际工程问题。 首先,回顾和总结了岩体渗流中的一些基本概念,从流固耦合角度分析了其 中参数的变化规律,参数间的相互影响体现其耦合效应,特别是对孔隙度,渗 透率两个重要概念进行较多阐述;通过具体实验,分析了泥岩浸水的一些特点 以及对岩石力学参数的影响;总结了有效应力公式不同表达形式,岩体应力场 与渗流场之间相互作用通过有效应力公式相联系。 其次,基于有效应力原理,根据质量守恒,动量守恒等基本原理及Darcy定 律推导了单重介质中单相渗流、两相渗流的耦合数学模型,双重介质中单相渗 流、两相渗流的耦合数学模型,运用标准Galerkin有限元方法建立了关于变量 u一p的有限元统一求解格式。 最后,从流固耦合角度出发分析了套管损坏问题,并对单井及井组进行了数 值模拟,从计算结果得出了耦合作用下的套损力学机理,认为井筒周围孔隙压 力梯度变化比较大,岩性较差、非均质性明显,则容易形成非对称孔隙压差, 在其影响下极易形成非对称载荷造成套管损坏。根据实验和模拟研究结果给出 了套损预防措施:控制局部注采平衡,防止产生较大孔隙压力梯度,是控制套 损问题的关键。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(渗流流体力学研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:O357.3

【引证文献】
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1 黄小兰;刘建军;杨春和;何翔;;流固耦合作用下注水井井壁稳定性研究[J];石油钻采工艺;2008年06期
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2 程曦;高水压铁路隧道泄水式管片衬砌壁后水压分布规律研究[D];西南交通大学;2011年
3 张振宇;沉垫自升式平台沉垫与地基相互作用研究[D];天津大学;2012年
4 魏力;渗流对边坡稳定性的影响分析[D];昆明理工大学;2011年
5 麻洪蕊;薄基岩大断面巷道最小基岩安全厚度的UDEC模拟研究[D];山东科技大学;2011年
6 王俊光;裂隙岩体渗流模型及数值模拟研究[D];辽宁工程技术大学;2007年
7 侯龙;不衬砌有压引水隧洞成洞条件及围岩稳定研究[D];重庆大学;2007年
8 喻卫华;水下基槽边坡的稳定性分析[D];华南理工大学;2010年
9 刘记;岩溶地区隧道突水机理与结构力学行为研究[D];西南交通大学;2012年
10 徐军;变水压下采动岩体渗流演化特征数值模拟研究[D];安徽建筑工业学院;2012年
【参考文献】
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1 李锡夔;多孔介质中非线性耦合问题的数值方法[J];大连理工大学学报;1999年02期
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4 薛世峰,宋惠珍;非混溶饱和两相渗流与孔隙介质耦合作用的理论研究——方程解耦与有限元公式[J];地震地质;1999年03期
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6 路保平,林永学,张传进;水化对泥页岩力学性质影响的实验研究[J];地质力学学报;1999年01期
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9 李培超,孔祥言,卢德唐;饱和多孔介质流固耦合渗流的数学模型[J];水动力学研究与进展(A辑);2003年04期
10 郭永存,卢德唐马凌宵;低渗透油藏渗流的差分法数值模拟[J];水动力学研究与进展(A辑);2004年03期
【共引文献】
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1 梁建国,湛华;挑梁根部设钢筋混凝土柱时设计计算方法[J];四川建筑科学研究;2001年04期
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4 段凯,杨新华,杨文兵;用ANSYS软件计算桥梁结构的温度应力[J];四川建筑科学研究;2005年03期
5 马杰,侯景军,何英明;昆明某大厦纠偏的有限元分析[J];四川建筑科学研究;2005年04期
6 薛松涛;张茂雨;谢丽宇;陈镕;王远功;;在地震波作用下地下连续墙的动力响应[J];四川建筑科学研究;2005年06期
7 黄怡;王元清;石永久;;框架—支撑钢结构抗震性能的有限元分析[J];四川建筑科学研究;2005年06期
8 陈辉;袁海庆;李盛;刘文龙;高翔;;温度作用对钢筒仓结构影响的有限元分析[J];四川建筑科学研究;2006年06期
9 贺亚魏;尹小涛;李丹;杨宏丽;;深基坑降水与回灌数值试验研究[J];四川建筑科学研究;2008年05期
10 左立;曾祥勇;;西部红层软岩地区某桥梁扩大基础有限元分析[J];四川建筑科学研究;2009年06期
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1 常宝华;熊伟;高树生;刘华勋;张静楠;;大尺度缝洞型油藏弹性开采特征实验研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
2 傅礼兵;姚约东;;基于指数式非达西渗流模型的解析解[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
3 唐明云;施安峰;贾江涛;吴斌;王晓宏;;考虑轻油组分的SAGD过程热采稠油数值研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
4 张保良;;稠油热采定量化研究之一:热-流耦合数学模型[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
5 杨文哲;宋永臣;刘瑜;王志国;赵越超;张保良;;稠油热采定量化研究之二:热-流耦合模型应用及数值模拟[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
6 罗建新;张烈辉;赵玉龙;刘启国;;线性复合油气藏试井解释模型及典型曲线分析[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
7 杨锋;王新海;刘洪;;井钻遇溶洞油藏试井解释方法[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
8 刘华林;熊伟;高树生;;矩形五点井网稳定注采压力系统的建立[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
9 李道伦;杨景海;查文舒;;数值试井若干关键技术研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
10 雷晓;邓建强;;海底地层内CO_2渗流与水合耦合现象初步研究——热-流-固耦合数学模型[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
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1 王海生;采空区风流分布数值模拟研究[D];河南理工大学;2010年
2 孙锐;泥浆介质非等压条件下煤芯瓦斯解吸规律研究[D];河南理工大学;2010年
3 刘炎昊;高煤级煤储层条件下的气体运移机理[D];河南理工大学;2010年
4 桑培淼;注水强化松软煤壁稳定性的规律及工艺参数研究[D];河南理工大学;2010年
5 潘建武;含单一天然弱面岩石试样的力学特性研究[D];河南理工大学;2010年
6 于宝种;阳泉无烟煤对N_2-CH_4二元气体的吸附—解吸特性研究[D];河南理工大学;2010年
7 赵文武;淮南矿区典型煤层水力冲孔技术参数研究及消突效果考察[D];河南理工大学;2010年
8 张学武;基于磁控技术的TIG焊残余应力的研究[D];南昌航空大学;2010年
9 冯银银;隧道围岩应力与位移数值模拟与分析[D];山东科技大学;2010年
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【同被引文献】
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1 郑颖人,赵尚毅,时卫民,林丽;边坡稳定分析的一些进展[J];地下空间;2001年04期
2 周小平,张永兴,哈秋聆;裂隙岩体加载和卸荷条件下应力强度因子[J];地下空间;2003年03期
3 师金锋,张应龙;超大断面隧道围岩的稳定性分析[J];地下空间与工程学报;2005年02期
4 吉小明;王宇会;;隧道开挖问题的水力耦合计算分析[J];地下空间与工程学报;2005年06期
5 吉小明;;隧道工程中水力耦合问题的探讨[J];地下空间与工程学报;2006年01期
6 付钢;王磊;;高压富水地层中隧道衬砌结构设计方法探讨[J];地下空间与工程学报;2007年02期
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8 桑旭东;王大设;谢中华;;疏水降压技术在童亭矿的应用与研究[J];北京工业职业技术学院学报;2009年02期
9 王金安,彭苏萍,孟召平;岩石三轴全应力应变过程中的渗透规律[J];北京科技大学学报;2001年06期
10 王树仁;何满潮;刘招伟;;岩溶隧道突水灾变过程分析及控制技术[J];北京科技大学学报;2006年07期
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1 谭小宁;缪协兴;;煤矿巷道围岩非连续性变形的数值模拟[A];中国科协2004年学术年会第16分会场论文集[C];2004年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张尧;考虑地下水渗流作用的基坑降水工程性状研究[D];武汉理工大学;2011年
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3 李广培;地面群井抽采卸压瓦斯技术研究[D];安徽理工大学;2011年
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7 黄万才;山区公路边坡滑体研究及有限元模拟[D];长安大学;2001年
8 周乐凡;考虑外水荷载作用的铁路隧道衬砌结构设计研究[D];铁道部科学研究院;2003年
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10 胡敏萍;极限平衡法和有限单元法分析复杂边坡的稳定性[D];浙江大学;2004年
【二级引证文献】
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1 徐德敏;黄润秋;刘永平;刘云鹏;;非达西渗流拟启动压力梯度推算[J];工程地质学报;2011年02期
2 王建强;李国民;赵洪波;简崇林;;流固耦合作用下水平定向孔壁稳定性分析[J];地下空间与工程学报;2012年04期
3 赵天宇;张虎元;严耿升;吴军荣;刘吉胜;;渗透条件对膨润土改性黄土渗透系数的影响[J];水文地质工程地质;2010年05期
4 罗艳滚;王姝;李留中;李晓升;姚为有;牛宝歧;;南堡油田斜井分层注水技术研究[J];石油钻采工艺;2009年S2期
5 吴欣袁;练章华;林铁军;江文;;分支井连接段有限元建模与分析[J];西南石油大学学报(自然科学版);2012年01期
6 冒海军;曹冬云;郭印同;杨春和;赵福祥;;枯竭油气田中废弃井密封性研究[J];岩石力学与工程学报;2010年11期
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8 刘涛影;曹平;范祥;赵延林;;高渗压条件下裂隙岩体的劈裂破坏特性[J];中南大学学报(自然科学版);2012年06期
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1 刘波;水工压力隧洞衬砌配筋方法探讨[D];西安理工大学;2010年
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3 王其虎;程潮铁矿裂隙岩体渗流预测模型及数值模拟研究[D];武汉科技大学;2012年
4 李艳;金山店铁矿塌陷区回填体力学状态分析及采场回采顺序优化[D];武汉科技大学;2012年
5 余露;降雨对填方边坡稳定性影响研究[D];成都理工大学;2012年
6 马宏敏;THM耦合作用下高黎贡山隧道软质岩力学特性试验研究[D];成都理工大学;2011年
7 刘欣宇;含充填裂隙类岩石高围压条件下水渗流试验研究[D];中南大学;2012年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李锡夔;多孔介质中非线性耦合问题的数值方法[J];大连理工大学学报;1999年02期
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3 薛世峰,宋惠珍;非混溶饱和两相渗流与孔隙介质耦合作用的理论研究——数学模型[J];地震地质;1999年03期
4 薛世峰,宋惠珍;非混溶饱和两相渗流与孔隙介质耦合作用的理论研究——方程解耦与有限元公式[J];地震地质;1999年03期
5 董平川,郎兆新,徐小荷;油井开采过程中油层变形的流固耦合分析[J];地质力学学报;2000年02期
6 董平川,徐小荷,何顺利;流固耦合问题及研究进展[J];地质力学学报;1999年01期
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9 李培超,孔祥言,卢德唐;饱和多孔介质流固耦合渗流的数学模型[J];水动力学研究与进展(A辑);2003年04期
10 郭永存,卢德唐马凌宵;低渗透油藏渗流的差分法数值模拟[J];水动力学研究与进展(A辑);2004年03期
【相似文献】
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5 李晓丽;绪梅;符天保;;核爆探头受冲击波作用的数值模拟[A];第十三届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集(下册)[C];2006年
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7 刘坤;柏劲松;李平;钟敏;裴晓阳;;流固耦合数值方法在点爆发散爆轰驱动平板飞片中的应用[A];中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集[C];2010年
8 叶正寅;;翼型振动诱导的流动分离现象研究[A];计算流体力学研究进展——第十二届全国计算流体力学会议论文集[C];2004年
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10 姜兆华;李继祥;何翔;刘肖凡;;降雨条件下非饱和土边坡流固耦合数值模拟[A];第六届全国土木工程研究生学术论坛论文集[C];2008年
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1 通讯员 朱江 冯明农;风能项目组研讨数值模拟产品共享[N];中国气象报;2010年
2 本报记者 赵亚辉;探寻“大气”的奥秘[N];人民日报;2005年
3 张晓健;二重大型铸锻件数值模拟国家工程实验室获批[N];中国冶金报;2007年
4 向杰 实习生:孙馨;在计算机上模拟大气和海洋运动[N];科技日报;2005年
5 本报记者 吴楠 通讯员 许家帅;数值模拟预测工程效果指导工程建设[N];中国交通报;2008年
6 上海交通大学 潘健生;材料热处理过程的数值模拟[N];科技日报;2002年
7 杨雄飞;炼钢与环境技术的研究方法[N];世界金属导报;2007年
8 付冰赵辉;油藏数值模拟技术成为“常规武器”[N];中国石油报;2007年
9 ;堤基管涌机理和防治关键问题研究为堤防提供科学参考[N];中国水利报;2008年
10 本报记者杨靖;使命的召唤[N];科技日报;2002年
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1 李勇;考虑流固耦合效应的整体压裂数值模拟研究[D];西南石油学院;2004年
2 孙士丽;具有自由液面效应的高频流固耦合问题[D];哈尔滨工程大学;2011年
3 王文全;薄壁结构流固耦合数值模拟及计算方法研究[D];昆明理工大学;2008年
4 黎水泉;弹脆塑性双重孔隙介质油藏流固耦合数值模拟[D];清华大学;2000年
5 孙喜新;济阳坳陷馆陶组构造特征及成藏模式研究[D];中国科学院研究生院(广州地球化学研究所);2005年
6 严春吉;液体射流分裂雾化机理及内燃机缸内工作过程的模拟[D];大连海事大学;2005年
7 何志伟;复合期权与路径相关期权定价理论模型、数值模拟及应用研究[D];华中科技大学;2005年
8 郭永红;超细粉再燃低NO_x燃烧技术的数值模拟与实验研究[D];华北电力大学(北京);2006年
9 胡国权;淮河试验时期的能量与水份循环研究[D];中国气象科学研究院;2001年
10 吴一红;管阵流体弹性不稳定性研究及流体诱发振动数值模拟[D];清华大学;1991年
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1 田杰;岩体渗流的流固耦合问题及其工程应用[D];中国科学院研究生院(渗流流体力学研究所);2005年
2 冯凌寒;冲击式水轮机喷嘴系统流—固耦合计算与分析[D];西华大学;2009年
3 罗宁;三维结构撞水的流固耦合动力响应分析[D];华中科技大学;2005年
4 王波;撬装式自动混浆系统研究[D];西南石油学院;2004年
5 李全星;窄通道中掠过平行板流动引起的漩涡脱落数值模拟[D];华北电力大学(北京);2009年
6 卢兴利;断层防水煤柱合理留设的流固耦合分析[D];山东科技大学;2007年
7 陈钢;高速弹丸冲击下油箱动态响应的数值模拟[D];西北工业大学;2005年
8 章程;带自由表面粘性流场与水下结构物动边界流固耦合的数值模拟[D];华南理工大学;2011年
9 李景龙;混凝土防渗墙在土石坝加固中的应用研究[D];山东大学;2005年
10 吉小艳;弧形钢闸门主框架动力稳定性的研究[D];西北农林科技大学;2004年
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