流固耦合理论及其应用前景

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：流固耦合理论最早用于研究土体的固结问题。近年来，流固耦合理论在地基固结沉降变形、深埋高压水工隧洞稳定性、边坡稳定性分析、注水采油、水库诱发地震和核废料地质存储库研究中得到了越来越多的重视，其应用前景也越来越广阔。因此，流固耦合问题分析的实质就是要分析应力和渗流各自变化对饱和连续孔隙介质系统整体的影响。连续多孔介质流固耦合问题求解的控制方程包括平衡方程、连续方程和状态方程。

流固耦合理论最早用于研究土体的固结问题。1925年由太沙基提出，并由比奥加以发展和完善。载荷作用下的土体固结沉降变形不是瞬间完成的，而是按照一定的变化速率逐渐下沉。固结沉降是土体对荷载变化的逐渐适应。对多孔介质而言，在外荷载作用下，土体中将产生超静孔隙水压力，引起土体孔隙中的水力梯度发生改变，进而引起土体孔隙中的水发生流动。外荷载卸载后，由于孔隙弹性的作用，因外加荷载而变小的孔隙，在一定程度上将逐步恢复变大。在孔隙介质周围存在流体补给源情况下，逐步恢复变大的孔隙将再次饱和；否则，孔隙介质中的孔隙将保持非饱和状态。对大多数土体而言，孔隙非线性特征十分明显，其固结变形一般都是不可逆的。近年来，流固耦合理论在地基固结沉降变形、深埋高压水工隧洞稳定性、边坡稳定性分析、注水采油、水库诱发地震和核废料地质存储库研究中得到了越来越多的重视，其应用前景也越来越广阔。

在渗流和外荷载作用下，孔隙介质体内存在两种响应：一是固体介质部分产生变形，并伴随应力重分布的产生；二是孔隙介质中流体压力产生改变，引起流体扩散运动。这两种响应相互影响，直至研究区域渗流系统以及内力系统重新达到平衡。因此，流固耦合问题分析的实质就是要分析应力和渗流各自变化对饱和连续孔隙介质系统整体的影响。连续多孔介质流固耦合问题求解的控制方程包括平衡方程、连续方程和状态方程。

流固耦合理论及其应用前景

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