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《考虑非线性多孔弹性介质热流固耦合动力响应模型》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、中国科学E辑:技术科学2009年第39卷第2期:359~367《中国科学》杂志社www.scichina.comtech.scichina.comSCIENCEINCHINAPRESS考虑非线性多孔弹性介质热流固耦合动力响应模型①②*②①刘干斌,谢康和,郑荣跃①宁波大学建筑工程与环境学院,宁波315211;②浙江大学岩土工程研究所,杭州310027*E-mail:Liugb76@163.com收稿日期:2007-11-14;接受日期:2008-02-17国家自然科学基金(批准号:50679074)和
2、浙江省自然科学基金(批准号:Y107637,2007A6100626)资助项目摘要基于Biot波动方程及热弹性动力理论,Darcy定律及修正的Fourier热传导定律,考关键词虑流固两相介质的压缩性,渗流速度对热扩散的影响及温度梯度对渗流速度的影响,建立了非线性饱和多孔弹性介质热流固完全耦合的动力响应模型(THMD)及控制方程,该模型可退化为基热流固耦合于传统Fourier热传导定律的热弹性动力模型(TMD).最后,利用动力响应Laplace变换分析了地表作Laplace变换用有随时间变化热/力源条
3、件下的一维热动力响应问题,讨论了反映土体缩性的Biot模量、热水渗透系数对结果的影响,并与热弹性动力模型结果进行比较,验证了结果的正确性.[7][8]由于热能贮存、核废料处置、填埋场垃圾降解及可感受到,这不合常理.为此,Biot在1956年建立路面工程等领域会产生热传导、热扩散现象,从而导了耦合热弹性理论,但该理论同非耦合理论一样仅能[9]致岩土介质物理力学性质发生变化.因而,近年来越预测无限大速度的热波传播.此后,Lord和Shulman,[10]来越多的专家和学者开始关注温度及热效应对岩土Gre
4、en和Lindsay通过引入修正的热传导定律代替传工程特性的影响,并已成为岩土工程领域中的一个统的Fourier定律,建立了耦合热弹性理论,并消除重要研究课题.Biot耦合热弹性理论的缺陷.基于耦合热弹性理论,[1]Campanella等人利用各向等压压力室进行试验,诸多学者对弹性介质中的热弹性波动问题展开了一[11]对土体组成成分的热膨胀问题进行了详细的研究.系列研究,如Sherief等人分析了无限弹体中球形[2]Sultan等人对热容变化条件下Boom粘土的先期固孔洞表面作用有突变温度的热弹性动
5、力响应问题.[12]结压力和固结比进行了温度效应试验研究.白冰等Kundu等人分析了无限介质中球形孔洞表面受热[3]人分析了温度效应对粘性土介质若干基本力学特力源条件下的热粘弹性动力响应,并考虑了松弛效[4][13]性的影响.Detournay等人设计了热水试验以测定热应.Lykotrafitis等人研究了内置点源作用下的三维[5,6][14]多孔弹性参数.欧孝夺等人对两种状态粘土浸泡热弹性波动问题.此外,Nowacki建立了热弹性扩[15]不同溶液后进行试验研究,探讨不同温度环境下原散理论.She
6、rief等人将该理论进行了推广,并为[16][17]状土和重塑土的力学效应.Singh,Aouadi等学者应用于弹性体自由表面P波理论上,基于经典Fourier热传导定律的理论存和SV波的反射、弹性体中球形孔洞的热弹性扩散问题在致命的缺陷,该理论认为扰动在无限远处瞬间就的分析.359刘干斌等:考虑非线性多孔弹性介质热流固耦合动力响应模型在岩土工程实践中,地下水的渗流作用不容忽1热流固耦合动力响应模型视.因此,研究岩土介质热效应问题须综合考虑热1.1多孔热弹性介质运动方程(温度场)、流(渗流场)、力(
7、应力和位移场)的耦合作用.考虑土体为流固耦合两相介质,假设土体为饱近年来,热流固耦合理论研究已成为岩土力学及相和各向同性线弹性材料,流相和固相处于热平衡,土关领域研究的热点问题之一.基于Fourier热传导定律和Darcy定律,Booker和Savvidou[18]研究了球形热体的变形为小变形.采用有效应力σij′、应变εij、温[19]度变化θ(θ=−TT,T为绝对温度,T为初始参考温度)源附近的固结问题,Zimmerman简要推导了线性多00[20]孔弹性和热弹性的基本方程,Giraud等人分析
8、了核条件下,饱和多孔弹性介质的本构关系可以表示为[21][30~32]废料处理过程热源的衰减.刘干斌等人基于Biot热弹性波动理论,研究了饱和孔弹性介质动力响应⎛⎞ν[22]σεεij′=+2,G⎜⎟ijkkijδ−KacTδij(1)问题.Hosseini等人利用边界元法分析了二维热弹⎝⎠12−ν性介质的动力响应问题.基于多孔热弹性理论的研式中σσαδij′=+ijpij,σij为总应力(拉为正);δij为究较之热弹性理论有了很大进展,但考虑到其控制Kronecke
