含裂隙饱和多孔介质流-固耦合的扩展有限元分析

摘要：

基于应力平衡方程、渗流连续性方程以及改进的Biot有效应力原理,建立了含裂隙可变形饱和多孔介质流-固全耦合问题的控制方程.流体在介质和裂隙中的流动均满足达西定律,得到的非线性全耦合方程不仅反映多孔介质内部物理量的耦合效应,还考虑介质与裂隙之间的耦合作用.扩展有限元法在处理含裂隙问题时具有独特的优势,采用普通有限元和扩展有限元法构建了数值计算体系.在进行空间离散时,介质内部的位移和孔隙压力均采用普通的有限元进行离散;裂隙处的位移模式引入扩展有限元中的两类附加位移函数,以反映裂隙面的位移强不连续性和裂隙端部的应力奇异性;引入孔隙压力加强函数,以体现裂隙法向孔隙压力的弱不连续特征.使用向后差分格式进行时间离散.算例验证了该模型和算法的正确性和有效性,分析了裂隙的存在对流体流动的延迟作用、裂隙中张开位移及孔隙压力等物理量的分布情况,讨论了渗透率、外部流量的改变对计算结果的影响.

关键词：裂隙、饱和多孔介质、渗流、扩展有限元、全耦合

所属期刊栏目：38

分类号：TU452(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家自然科学基金11372099,11132003,11672101;江苏省自然科学基金BK20151493;国家“十二五”科技支撑计划No.2015BAB07B10.This work was supported by the National Natural Science Foundation of China11372099,11132003,11672101;Jiangsu Provincial Natural Science FoundationBK20151493;the National Science and Technology Support Program of China during the 12th Five-Year Plan2015BAB07B10

在线出版日期：2017-06-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：1489-1496