渗流力学论文
水库大坝渗流分析论文
水库大坝渗流分析论文水库大坝渗流分析论文摘要：某水电站为砼面板砂砾—堆石坝，最大坝高157m，下闸蓄水以后坝后渗流量随库水位上升而增大。
现对可能导致坝后渗流的主要原因进行分析，对大坝安全作出综合评价。
关键词：大坝；渗流；渗透压力；流量；孔隙水压力计；绕渗1、水库渗漏原因分析坝后出现较大的渗流水量基于以下几个主要原因：挡水结构发生破坏；沿构造产生集中渗漏；库水绕过两坝肩的防渗体系产生绕坝渗漏；外水补给。
现对坝后渗流原因进行分析，对大坝安全作出综合评价。
1.1挡水结构破坏坝体主要受力结构由砂砾石构成，目前坝体应力和变形观测成果表明，大坝整体的变形和位移均不大，面板应力水平不高，各接缝位移也远小于止水结构的变形适应能力；而趾板是锚固于坚硬、完整的弱风化基岩上，面板、趾板及其接缝止水结构不会受到结构应力破坏。
沿面板周边布设的11支孔隙水压力计，仅有5支测得了明显的渗透水头，位于河床部位及附近的3支（P-1-05～P-1-07）测得的坝下最高水位为1292.6～1293.1m，较为一致；两岸趾板转角处的P-1-04和P-1-09这2支孔隙水压力计埋设高程分别为1300.040m和1319.250m，最高渗透压力分别为：3.1m和3.677m（相应水位1303.140m和1322.927m）。
估计是由于该两处均位于趾板转角处，存在趾板结构缝和面板周边缝的连接，接缝结构复杂，现场搭接粘结和焊接的质量控制难度较大，因而存在渗漏现象。
但从P-1-04渗透压力随库水位升高而增大后又减小，这应与周边缝止水结构和上游铺盖料的自愈作用有关。
随着库水位的进一步升高P-1-04渗透压力又有所增大，但未超过最高压力值，增大趋势明显小于库水位的变化。
P-1-09的渗透压力变化与P-1-04基本相同。
鉴于此两处的水头压力并不大，因此可以认为这两处的渗漏量亦应该不会很大，且接缝止水结构的自愈作用正在得到发挥。
通过以上分析，可以肯定坝体的主挡水结构处于正常的工作状态，不会产生较大的渗漏。
渗流力学论文
中国地质大学（武汉）资源学院 1 页岩气水平井分段压裂渗流机理研究综述褚志伟中国地质大学（武汉）资源学院，湖北武汉 430074摘要：页岩气是赋存于页岩裂隙、微细孔隙及层面内的天然气。
赋存方式主要包括吸附气和游离气，其储层的渗透率极低，渗流机理与常规气藏有着很大的区别，因此页岩气的开发方式与常规气藏有着很大的区别。
目前，作为页岩气最为有效的开发方式，水平井技术和大规模分段压裂技术得到了广泛的应用。
然而在进行水平井分段压裂后，产生的多级复杂人工裂缝对研究水平井分段压裂情况下页岩气的渗流机理的认识与研究带来看较大的挑战。
因此，本文总结了关于页岩气水平井分段压裂渗流机理的研究现状，分析了相关文献采用的研究方法优点和存在的不足，以期对相关的研究提供一定的理论借鉴。
关键词：页岩气；水平井；分段压裂；渗流机理.Review of seepage flow characteristics of multi-stagefracturing in horizontal shale gas wellChu ZhiweiNature Resources Faculty of China University of Geosciences ,Wuhan,Hubei 430074Abstract: Occurrence of Shale gas is in the shale fracture, pore and micro level. Occurrence mode mainly includes the adsorbed gas and free gas, the reservoir permeability is extremely low, the percolation mechanism and conventional gas reservoir has the very big difference, so the shale gas development way and the conventional gas reservoir has the very big difference. At present, as the development of shale gas is the most effective way, horizontal well technology and large-scale staged fracturing technology has been widely used. However in the horizontal well staged fracturing, the multistage complex fractures of the horizontal well staged fracturing cases, shale gas percolation mechanism of knowledge and research challenges look larger.herefore, this article summarizes the research on mechanism of shale gas horizontal well staged fracturing seepage status quo, analysis of the related literature research methods the advantages and the deficiencies, in order to provide certain theoretical reference for related research.Key words:shale gas; horizontal well; staged fracturing; percolation mechanism.1引言页岩气是以吸附、游离或溶解状态赋存于泥页岩中的非常规天然气,与常规天然气藏最显著的区别在于它是一个“自生、自储”系统。
岩土工程中的渗流力学分析
岩土工程中的渗流力学分析岩土工程作为建筑工程和土木工程的重要组成部分，涉及到土壤和岩石的工程性质与行为研究。
在岩土工程中，渗流力学分析是一项重要的技术和工具，用于研究水流在土体或岩石中的渗透和传递规律。
本文将深入探讨岩土工程中的渗流力学分析。
一、渗流力学分析的基本原理渗流力学分析是基于渗流力学原理进行的。
渗流力学原理可以用达西定律来描述，即水分在渗流时受到的单位面积上水流速度与单位深度上压力梯度成正比。
达西定律可以用数学公式表示为：q = -K(dh/dl)其中，q表示单位面积上的水流速度，K表示渗透系数，dh/dl表示单位深度上的压力梯度。
这个方程可以用于描述土壤或岩石中的水流规律。
二、渗流力学分析的应用领域渗流力学分析广泛运用于岩土工程的各个领域。
在基础工程中，通过渗流力学分析可以评估地下水位对地下室和地下管道的影响；在边坡工程中，可以分析地下水对边坡稳定性的影响，提出相应的排水措施；在水利工程中，可以研究渠道和堤坝的渗流问题，优化设计方案。
渗流力学分析在岩土工程中的应用非常广泛，对于确保工程的安全和可靠性具有重要意义。
三、渗流力学分析的方法和工具在实际工程中，渗流力学分析需要使用一些特定的方法和工具。
常用的分析方法包括数值模拟法和解析解法。
数值模拟方法基于有限元法或有限差分法，通过将分析区域划分为许多小单元，建立数学模型，求解模型方程来获得渗流场的分布规律。
解析解法则是通过求解渗流相关的微分方程来得出解析公式，然后利用这些公式可以直接计算出渗流场的参数。
在实际运用中，根据具体的问题和数据，选择适合的方法和工具进行分析。
四、渗流力学分析的挑战和解决方案渗流力学分析在实际工程中面临一些挑战。
首先，现场土壤或岩石的渗透性质往往难以准确测定，这对渗流力学分析结果的准确性提出了要求。
其次，渗流过程是非线性的，需要考虑各种因素的相互作用，这增加了分析的复杂性。
最后，岩土工程中的渗流问题常常涉及到多尺度的问题，需要采用多尺度分析方法来获得准确的结果。
渗流力学的理论应用及其前沿研究
P WD ( u) =
u{
f ( u) u K 1 (
K 0 ( f ( u) u) + S f ( u) u K 1 ( f ( u) u) f ( u) u) + C Du [ K 0 ( f ( u) u) + S f ( u) u K 1 (
f ( u) u) ] }
.
( 1)
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中国科 学技术大学学报
第 10 期
渗流力学的理论 应用及其前沿研究
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视. 与此相关的还有农田水利、 土壤改良、 沿海及盐 湖周围的防盐碱化、 水库蓄水对周围环境的影响和 水库诱发地震、 地面沉降控制等. 工程渗流 工程渗流是指各种人造多孔介质和 工程装备中的渗流. 在国民经济和国防建设中有着 广泛的应用 , 涉及化工、 冶金、 机械、 建筑、 环保、 水工 建筑、 轻工食品以及原子能等各个工程领域. 其中比 较大型的工程有水坝的建设、 防渗和其他水工建筑 , 地下储气库工程 , 铀矿等资源的地下沥取以及核废 料的深地质处理 , 广泛应用于多种空间飞行器和某 些地面工程的温控热管的研究设计 , 以及微机械, 特 别是纳米机械中的渗流等 . 生物渗流 生物渗流是指动植物体内流体的流 动. 人和动物的主要器官 , 如肾、 肺、 肝和胆的某些系 统, 以及心血管和脑血管系统都是多孔介质, 血液和 淋巴液循环 , 呼吸以及关节润滑等渗流问题是生物 渗流的主要内容 , 其中包含非牛顿流体在多重介质 中的流动的复杂问题 . 研究表明: 植物的根、 茎、 叶也 是多孔介质 , 植物体内水分、 糖分和气体的输运过程 都属于生物渗流的范畴. 生物渗流的深入研究对生 命科学、 生物医学工程、 疾病防治以及农林牧业的发 展将具有不可估量的促进作用 . 为适应各方面应用的需要 , 近年来国内外在渗 流的理论研究方面也取得了一定的进展, 提出了各 种理论模型和研究方法, 包括逾渗理论、 Bo lt zmann 格子气法、 分形理论、 热流固耦合以及混合物理论和 微极理论等等. 对不同的实际问题, 应用不同的理论 和方法进行处理 .
细观渗流的研究与进展
Figure 6. An achievement of CT scanning technique 图 6. CT 扫描成果图
d2 p 2 =0 dx x 0= ) pe p (= x L = ) pw p (=
容易得到压力分布，界面流量 Q 和渗流速 V 分别为：
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细观渗流的研究与进展
Figure 1. The representative volume element 图 1. 特征体元
Advances in Porous Flow 渗流力学进展, 2014, 4, 29-41 Published Online June 2014 in Hans. /journal/apf /10.12677/apf.2014.42004
4. 逾渗理论
逾渗[14]就是指在一元或多元体系中，体系以外的一种介质通过一定的路径进入体系内的过程。
Figure 4. Reconstruction by computed tomography 图 4. 断层扫描重建成像
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细观渗流的研究与进展
Figure 5. The flow chart of CT scanning technique 图 5. CT 扫描技术流程图
th th st
Abstract
With the development of seepage mechanics in various fields, many problems demand the flow process of micro seepage such as the movement of gas-liquid interface in porous medium. In this paper, the problems and solutions of the single phase and multi phase micro seepage based on the classical seepage mechanics, CT scanning technique, percolation theory, micro seepage simulation technique and topology network model in porous medium are expounded. Also the characteristics of each method were analyzed, and the future development was prospected.
渗流力学的理论应用及其前沿研究
专题09 中国自然资源（2017·某某某某卷）12.读下图，由甲到丙该地区耕地面积逐渐减少，请问解决该问题的正确措施是A.退耕还林、还草B.限制放牧牲畜数量C.增加单位面积粮食产量D.合理利用土地，切实保护耕地【答案】D考点：耕地的分布及存在的问题和对策.（2017·某某某某卷）经市政府批准，某某市城区居民生活用水于2016年1月1日起实行阶梯水价。
表1为我国东部地区三城市2016年的阶梯水价,结合所学知识完成17-18题.17.我国许多城市实行阶梯水价的主要目的是( )①促进节约用水②增加水厂经济收入③提高水资源的利用率④与国际水价接轨A. ①②B. ③④C. ①③D. ②④价普遍高于南方地区,主要原因是( )A.北方地区降水量较小,水资源短缺B.北方地区经济发展速度快,需水量大【解析】试题分析：17. 公众既是消费者，也是生产者和管理者；应积极接受可持续发展的观念和参与可持续发展的决策、宣传、教育和培训活动，改变我们的生产和生活方式。
利用价格调整主要目的是提倡节约用水，提高水资源的利用率，故本题选C。
18. 我国南方地区水价低于北方地区的主要原因是：北方地区降水量小，水资源短缺，而南方地区降水量达，水资源丰富，故本题选A。
考点：本题考查我国资源利用的现状。
（2017·某某某某卷）为了确保耕地面积的稳定和国家粮食安全，我国已划定永久基本农田。
结合漫画，回答下列问题。
43.我国划定永久基本农田，是基于本国土地资源的特点具有A.利用类型不全分布不均比重小耕地充足44.针对该漫画，某同学创作了几条警示语，其中最贴切的是A.坚持农田农用城市规模建设现代农业田农用，保护耕地，减少农业用地被城市化。
考点：我国土地资源。
（2017·某某某某卷）1．如图漫画“手下留情”，给我们的启示是（）A．我国自然资源总量丰富，人均不足B．禁止采伐森林，杜绝使用木材C．减少一次性筷子的使用，保护森林资源D．退耕还草，加快国土绿化【答案】考点：森林资源。
渗流力学在地下水资源管理中的应用
渗流力学在地下水资源管理中的应用地下水是地球上重要的水资源之一，对于人类的生存和发展起着至关重要的作用。
然而，由于人类活动的不断增加，地下水资源面临着日益严重的威胁。
为了合理管理和保护地下水资源，渗流力学成为了一种重要的工具和方法。
本文将探讨渗流力学在地下水资源管理中的应用。
首先，渗流力学可以帮助我们了解地下水的运动规律。
地下水的运动是一个复杂的过程，受到多种因素的影响，如地下水位、土壤渗透性、地下水压力等。
通过建立渗流力学模型，可以模拟地下水的流动过程，预测地下水的流速和流向。
这对于地下水资源的管理和利用具有重要意义。
例如，在地下水补给不足的地区，可以通过渗流力学模拟找到更合适的地下水开采方案，以满足当地的用水需求。
其次，渗流力学可以帮助我们评估地下水资源的可持续性。
地下水资源的可持续性是指在一定时期内，地下水的开采量不超过地下水补给量的能力。
通过渗流力学模型，可以模拟地下水系统的动态变化，评估地下水资源的可持续性。
这对于制定合理的地下水资源管理政策具有指导意义。
例如，在一个地下水补给不足的地区，渗流力学模型可以帮助我们确定合理的地下水开采量，以避免地下水资源的过度开采和衰竭。
此外，渗流力学还可以帮助我们预测地下水的水质变化。
地下水的水质受到多种因素的影响，如地下水与地表水的交互作用、地下水中的溶解物质和污染物等。
通过建立渗流力学模型，可以模拟地下水中溶解物质和污染物的传输过程，预测地下水的水质变化。
这对于地下水资源的保护和管理具有重要意义。
例如，在一个地下水受到污染的地区，渗流力学模型可以帮助我们确定污染源的位置和扩散范围，以制定相应的污染治理措施。
最后，渗流力学还可以帮助我们优化地下水资源的利用方式。
地下水的利用方式多种多样，如地下水供水、地下水灌溉等。
通过建立渗流力学模型，可以模拟不同利用方式对地下水资源的影响，评估不同利用方式的效果和可行性。
这对于制定合理的地下水资源利用方案具有重要意义。
孙聚龙土力学论文-渗流对边坡稳定性的影响
渗流对边坡稳定性的影响孙聚龙（长沙理工大学市政工程专业103104020449）摘要边坡稳定性问题一直是工程地质、岩土工程等领域中一项最基本而又十分重要的研究课题。
影响边坡稳定性的因素较多，渗流既是一个重要影响因素，也是一个难点课题。
近年来，随着有限元理论和计算机技术的发展，进行渗流对边坡稳定影响的研究也越来越多。
渗流场和应力场作为边坡稳定分析的重要组成部分，二者相互作用、相互联系。
所以要对边坡稳定情况进行研究必须正确分析渗流对其作用。
一方面，渗流产生渗流场形成孔隙水压力，孔隙水压力作用到边坡上将改变边坡的应力状态，边坡的应力状态改变会造成土体的孔隙率和渗透系数的改变；另一方面，渗流系数和孔隙率的改变会使渗流场发生变化。
这样的渗流场相互作用，将对边坡稳定性产生影响。
边坡稳定性分析始于二十世纪初，发展至今形成了多种方法，虽然各种方法并存，具有各自的计算准则，但总体来说，边坡稳定性分析的发展遵循了以下这条主线，即从定性分析发展到定量分析。
其中，定量分析又经历了从确定性分析到非确定性分析的过程。
本文对国内外渗流及边坡稳定的研究现状进行了归纳总结。
概述了现在边坡稳定研究的方法，渗流的计算及边坡渗流的趋势进行了阐述。
关键词：渗流，边坡，稳定性，确定性目录摘要 (1)目录 (2)第一章边坡稳定性研究的现状 (3)1.1 定性分析方法 (3)1.2 定量分析方法 (3)1.2.1 确定性分析方法 (3)1.2.2 非确定性分析方法 (5)第二章渗流研究的现状 (5)2.1以实验研究为主的初级阶段 (6)2.2 以解析法为主要研究手段的发展阶段 (6)2.3 以数值模拟为主的高级阶段 (6)第三章渗流作用下边坡稳定性研究现状 (7)第四章渗流的计算 (7)4.1 渗流模型 (7)4.1.1 物理模型 (8)4.1.2 数学模型 (8)4.2 渗流计算 (9)4.2.1 解析法 (9)4.2.2 数值法 (9)4.2.3 实验模拟法 (9)4.3 应力场和渗流场的耦合作用 (9)4.4 渗流自由面 (11)4.5 渗透系数 (12)4.5.1 确定型模型结合实验方法 (12)4.5.2 随机模型方法 (12)4.5.3 克里格法 (13)4.5.4 数学模型反演求解法 (14)4.5.5 分形理论 (14)第五章边坡渗流研究的趋势 (14)参考文献 (16)第一章边坡稳定性研究的现状1.1定性分析方法该方法从边坡演化破坏中的主要影响因素、失稳力学机制以及变形破坏方式等进行考虑，以此分析评价边坡稳定的状态及预测边坡发展的趋势。
无压渗流数值分析方法研究论文
无压渗流数值分析方法研究论文无压渗流数值分析方法研究论文无压渗流是指流体在渗透压为零时的渗透过程。
在实际工程和自然界中，无压渗流的研究具有重要的理论价值和实际应用价值。
例如，地下水的渗透问题、污染物在地下水中的传输问题、石油和天然气的储藏和开采问题等。
无压渗流数值分析方法是研究无压渗流问题的有效工具。
论文首先讨论了无压渗流的一些基本概念和特征。
然后，论文介绍了无压渗流数值分析方法的基本原理和实现方法。
其中，有限元分析和有限体积分析是目前常用的数值分析方法。
论文进一步比较了两种数值分析方法的优缺点，并指出了各自适用的情况。
例如，有限元分析适用于复杂几何体和变形体，而有限体积分析适用于正交网格和不规则网格。
接着，论文对无压渗流数值分析方法的模型建立和求解进行了详细的说明。
无论是有限元分析还是有限体积分析，建立数学模型是必不可少的。
数学模型必须基于无压渗流的物理模型，同时考虑到边界条件和初始条件等影响因素。
数学模型的求解方法包括加速迭代法、预处理法、并行计算等。
这些方法可以显著提高数值计算的效率和准确性。
最后，论文提出了无压渗流数值分析方法的未来研究方向。
随着计算机技术的不断发展，数值模拟的计算能力也越来越强大。
因此，未来的研究可以进一步推广无压渗流数值分析的应用领域，并发展更加准确和高效的数值计算方法。
此外，还可以研究无压渗流与化学作用、多相流等复杂问题的耦合作用，以更全面地了解无压渗流的特性和规律。
综上所述，无压渗流数值分析方法是研究无压渗流问题的有效工具。
本文系统地介绍了无压渗流数值分析方法的基本原理、模型建立和求解方法，并展望了未来的研究方向。
这对于相关领域的研究工作者、工程师和决策者具有重要的参考价值。
煤层气渗流规律及其实验方法研究
煤层气渗流规律及其实验方法研究一、引言渗流力学是研究多孔介质内流体流动规律及其应用的科学。
自1856年Darcy 提出线性渗流定律以来，渗流力学就一直在不断地发展，并逐渐与其他学科交叉，在能源、资源的开发与利用以及工程建设中得到了非常广泛的应用。
渗流力学最先应用在水利工程和地下水资源开发等领域；随后又成为石油和天然气工业的一项基础理论。
随着煤层气这一新型清洁能源的重视与开发，渗流理论又应用在煤层气的开发与利用中。
煤层气渗流力学是研究煤层内瓦斯压力分布及其流动变化规律的理论，是由渗流力学、煤地质学、固体力学及采矿学等学科互相交叉渗透发展形成的。
自煤层气渗流力学创立至今深受有关研究人员的关注，尤其自20世纪80年代以来发展更为迅速，表现在：应用范围更广；基本理论不断深化；研究手段及方法不断现代化。
二、煤层气渗流规律研究内容及现状煤层气的渗流理论可分为线性渗流理论，非线性渗流理论，地球物理场效应的渗流理论和多煤层瓦斯越流理论，下面依次对其研究内容及现状做一简要介绍。
（一）线性渗流理论1、线性渗透理论为了适应采矿采煤业的大力发展，控制瓦斯技术已成为当时研究的关键技术之一，早在20世纪40年代末，前苏联学者就已经建立起考虑吸附煤层瓦斯作用的瓦斯控制方程[式(1) ]。
在我国，周世宁院士等[1]首先进行了将达西定律应用于煤层瓦斯流动理论的开拓性研究，认为煤层瓦斯的流动基本符合线性渗流规律，其观点对煤层瓦斯渗流的应用和瓦斯动力学研究具有相当重要的指导意义。
v k p nμ∂=-∂ （1） 式中：v 为流速；k 为煤层的渗透率；μ为瓦斯黏度系数；p 为瓦斯压力；p n ∂∂为瓦斯压力在流动方向上的偏导数。
此外还导出了瓦斯流量方程[式(2) ]：p q nλ∂=-∂ （2） 式中，q 为瓦斯流量；λ为煤层透气系数。
20世纪80年代，多位研究者在修正和完善数学模型、流动方程方而开展了相应的工作。
由于大多数井下瓦斯流动都可简化为一维的平行流动和径向流动的有限流场、无限流场或其组合，为此，郭勇义等[2]针对一维流动，结合相似理论提出了修正的流动方程。
渗流力学论文
凝析油气渗流理论研究进展提要本文综述了凝析油气渗流研究的现状，简要介绍了凝析油气藏特征、开采方案及其试井分析方法，着重讨论了凝析油气渗流的基本方程、解析解法和数值模拟。
在此基础上，提出了该理论研究的发展前景。
关键词凝析油气藏；渗流；试井分析；解析解；数值模拟1 引言所谓凝析油气藏即能采出天然气和凝析油的气藏。
凝析油是汽油及密度太于汽油但小于0．786的其他馏分的混台物。
在地层条件下，天然气和凝析油通常呈单一的气相状态，并符合反凝析规律。
它既不同于油藏，也不同于气藏，是一种新型的工业性油气储集类型。
凝析油气藏是30年代初首先在美国发现的。
随钻井深度的增加，世界上许多国家，如苏联、英国、加拿大、澳大利亚、挪威、阿联酋和我国等也相继发现了凝析油气藏。
依目前勘探情况，苏联的凝析油气藏数目最多，储量也最大。
凝析油气藏和一般油藏、气藏相比具备一系列优点。
世界上每年有越来越多的凝析油气藏投入工业性开发。
因此凝析油气渗流研究具有重大现实价值。
凝析油气渗流比一般油气渗流更为复杂。
对相当多的凝析油气渗流，如果地层压力高出露点压力太多，循环注气开发以及井筒流动，管道输运等，不可避免地出现凝析反凝析、蒸发反蒸发和溶解分离过程。
此外，由于凝析油气渗流的高温高压特性，理想气体状态方程不适用，需要应用形式上繁杂得多的状态方程。
所有这些都给凝析油气渗流的研究增加相当大难度。
这就是为什么发现凝析油气藏50多年来其渗流理论研究尚不深入的根本原因。
本文综述凝析油气渗流研究的现状。
先介绍凝析油气藏的主要特征、开采方案及试井分析方法。
而后引出凝析油气渗流的控制方程。
接着分析凝析油气渗流的解析解法。
最后讨论凝析油气渗流的数值模拟。
在此基础上，进一步提出凝析油气渗流理论研究的发展前景。
2 凝析油气藏特征及开发2.1 凝析油气藏特征凝析油气藏赖以形成的地质物理条件，决定了它具有一系列不同于油藏、气藏的特征。
这些特征主要反映在以下几个方面：①凝析油气藏的埋藏深度较深，地层温上筻高，压力高。
裂隙岩体渗流管理论文
裂隙岩体渗流管理论文1、引言随着人类工程和开采活动的日益增加，其影响越来越多地涉及到地下裂隙岩体，并且人类工程和开采活动与裂隙岩体之间的相互作用有着日益加剧的趋势，这使得人们对裂隙岩体的工程及开采特性备加关注。
随着工程实践和科学研究的深入，人们已逐渐认识到裂隙岩体所赋存地质环境的复杂性及其所诱发地质灾害的多变性，于是刘继山、仵彦卿、柴军瑞、黄涛等国内一些专家学者在不同程度、不同角度对裂隙岩体赋存地质环境中各个因素之间相互影响作用的课题进行了有意义的探索和研究。
裂隙岩体中存有地下水，地下水在岩体中会产生渗流，在复杂的地质环境中，不同的因素之间随着时间、空间而发生着复杂的动态变化，其中裂隙岩体中渗流的热学效应（渗流对温度的影响机理）是一个比较重要的影响方面。
2、裂隙岩体地下水渗流的基本理论对于裂隙岩体渗流的热学效应的分析，首先应先了解岩体渗流的基本理论。
一般情况下，岩体的各个裂隙中均含有水，而地下水在岩体中会产生渗流，所谓渗流是指含空隙（孔隙、裂隙等）介质中流体（液体、气体）通过空隙的流动[1]。
地下水的流动是最典型的渗流现象，裂隙岩体中地下水的渗流特性体现了渗流理论的主体特征。
2.1达西（Darcy）定律达西定律的最初表达式[2]（Darcy，1855年提出）：式中，为渗流速度，K为渗透系数，J为水力坡降,为渗透水头H沿渗流方向的梯度。
上式表明，渗流速度与水力坡降成线性关系，因此达西定律也被称为现行渗透规律。
假设岩体中的渗流以裂隙渗流为主，忽略其间岩块的渗透作用，那么裂隙的分布就相对比较密集，表征单元体比较小，视裂隙岩体为等效连续介质，用连续介质的方法描述岩体的渗流问题，并考虑岩体的非均质性和各向异性，以渗透系数张量来描述岩体裂隙的渗透性能。
本人根据矢量及张量的定义和连续性方程将达西定律进行了推广，可得下式：式中，为渗流速度矢量，为介质的渗流系数张量，为水力坡降矢量。
上式的展开式为：==－2.2费克（FICK）定律对溶质或压缩性较大的气体在介质空隙中的运动，可采用张蔚榛(1996年)关于费克定律[3]公式：=式中，为扩散通量或气体流量,为扩散系数,为浓度(或密度)沿扩散方向的梯度。
论无压渗流的数值分析方法
论无压渗流的数值分析方法论文关键词：无压；渗流；自由面；数值计算论文摘要：在水利水电工程中，存在许多有自由面的无压渗流问题，自由面是渗流场特有的一个待定边界，这使得应用有限元法求解渗流场问题时，较之求解温度场和结构应力等问题更为复杂。
归纳总结了无压渗流分析的各种数值计算方法，分析比较了其优缺点和适用条件，提出了无压渗流数值分析方法的发展趋势。
1 引言在许多水利工程中(如土石坝渗流、混凝土坝渗流、拱坝绕流、地下结构渗流等等)，都存在着无压渗流问题，这类问题的关键在于求解渗流场的边界，即确定事先不知道其位置的自由面和溢出面，属于非线性边界问题。
求解该问题的有限元法以往采用移动网格法。
虽然取得了许多成功的经验，但也表现出方法本身的缺陷。
为解决上述问题，国内外学者致力于寻找有自由面渗流分析的新方法。
其研究核心就是计算中不变网格，自Neumann于1973年提出用不变网格分析有自由面渗流的Galerkin法以来，出现了多种固定网格法，如剩余流量法、单元渗透矩阵调整法、初流量法、虚单元法和虚节点法等。
2 无压渗流的数值分析方法2.1 调整网格法调整网格法先根据经验假定渗流自由面的位置，然后把它作为一个计算边界，按照vn=0的边界条件进行分析，得出各结点水头H值后，再校核H=z是否已满足。
如不满足，调整自由面和渗出点的位置，一般可令自由面的新坐标z等于刚才求出的H，然后再求解。
该方法原理简单，渗流自由面可以随着求解渗流场的迭代过程逐步稳定而自行形成，并且迭代是收敛的。
但是，当初始自由面与最终自由面相差较大时，容易造成迭代中的网格畸形，甚至交错重叠；当渗流区内介质的渗流系数不均匀时，特别是有水平分层介质时，程序处理困难；对复杂结构问题，由计算机自动识别和执行网格移动几乎是不现实的。
2.2 剩余流量[1]剩余流量法通过不断求解流过自由面的法向流量（称为剩余流量）建立求解水头增量的线性代数方程组，达到修正全场水头和调整新的自由面位置的目的。
渗流计算水利水电工程的论文
渗流计算水利水电工程的论文渗流计算水利水电工程的论文1渗流分析的基本理论1．1达西定律法国工程师Darcy经过渗透实践验证，渗流量q不只同截面面积a成正比例，还与水头耗损(h1－h2)正比，与渗径尺寸l成反比，带入土粒构造与流体特性的定性常数k。
1．2渗流连续方程渗流连续方程通常以质量守恒定律为基础，考虑可压缩土体的渗流加以引证，即渗流场中水在某一单元体内的增减速率等于进出该单元体流量速率之差。
对于每一个流动的过程而言，皆是在特定的空间流场之中发生的，沿着其边界发挥支配功能的条件，成为边界条件。
在开始进行研究的时候，在流场之内，流动的状态与其支配条件，成为初始条件。
边界条件与初始条件合称定解条件。
定解条件普遍是由室外测量数据或实验得出的，其对流动过程有着决定性功用。
找寻某个函数(假如水头)，让其在微分方程的条件下，又可以适应定解条件的便可认为是定解问题。
2渗流计算2．1计算目的坝体(堤身)浸润线的位置。
渗透压力、水力坡降和流速。
通过坝体(堤身)或坝(堤)基的渗流量。
坝体(堤身)整体和局部渗流稳定性分析。
2．2渗流计算的主要方法渗流计算求解方法一般可分为以下四种类型。
流体力学的解决方案:是一个严谨的解决方案，在边界条件符合定解时，能够算出渗流场中随便一点的值。
然而，解答的过程十分繁杂，并且适用范围窄，在现实运用上受到很多的制约。
水力学的解决方案:这种解法跟流体力学的解法有点相似。
就是根据某种假设，针对某种特殊的边界条件的进行的流体力学计算。
同样在实际工程应用上受到较多的制约。
模拟测试:根据以上那二种方式的劣势，对于现实中的项目，原本常常经过水力学模拟测试来解答渗流问题。
数值模拟计算分析:通过计算机，在确定物理模型的情况下，第一步要求建立一个数学模型，然后利用相关模型对于具体问题进行求解，这有时也称为数值法，包括有限差分法和有限元法。
现在，以上这些渗流的计算手段里面水力学求解与有限元法在水利工程里面经常使用。
煤层瓦斯渗流力学的研究进展
焦作工学院学报(自然科学版),第20卷,第3期,2001年5月Journal of Jiaozuo Institute of Technology(Natural Science),Vol120,No13,May2001煤层瓦斯渗流力学的研究进展孙培德1,鲜学福2(1.杭州商学院环境工程系,浙江杭州 310035; 2.重庆大学采矿工程系,重庆 400044)摘要:综述了国内外在煤层瓦斯渗流力学研究方面的现状,总结了我国近年来在煤层瓦斯渗流力学研究领域所取得的重要进展,展望了该研究领域中需要深入研究的方向和有关的发展趋势,认为创建的发展瓦斯越流的固气耦合模型及其数值方法,对丰富和完善瓦斯渗流力学具有重要的理论和现实意义.关 键 词:煤层瓦斯;渗流力学;固气耦合作用;数值模拟;研究进展中图分类号:TD712+15 文献标识码:A 文章编号:1007Ο7332(2001)03Ο0161Ο070 引 言多孔介质是由固体骨架构成的复杂介质.多孔介质传质(传热)过程在自然界和人类生活、生产中广泛存在,对社会的发展具有重要的影响.岩石(煤)是一类典型的多孔介质.如地下岩层中石油、天然气资源的开采,地下煤层和瓦斯资源的开采,地下水资源的开采以及污染物传质输运等,都涉及到多孔介质中能量与物质的传输过程.渗流力学是研究流体在多孔介质内运动规律的科学.自1856年法国工程师达西(Darcy)提出线性渗流定律以来,渗流力学一直在向前发展,并不断地与其他学科交叉而形成许多新兴的边缘学科.如瓦斯渗流力学是由渗流力学、固体力学、采矿科学以及煤地质学等学科互相渗透、交叉而发展形成的一门新兴学科.瓦斯渗流力学是专门研究瓦斯在煤层这个多孔介质内运动规律的科学.有时也称为瓦斯流动理论,这大概是因为它专门研究煤层内瓦斯压力分布及瓦斯流动变化规律的理论,而至今尚未形成一门独立而完善的学科体系之故.正因为它是一门发展中的边缘学科,自其创立至今深受采矿界和力学界的关注,尤其自20世纪80年代以来的发展更为迅速,其主要表现是:瓦斯渗流力学的应用范围更广;瓦斯渗流力学的理论以较快的速度不断深化;瓦斯渗流力学的研究手段不断实现现代化.本文将对国内外学者在以下四个方面———线性瓦斯流动理论,非线性瓦斯流动理论,地物场效应的瓦斯流动理论和多煤层系统瓦斯越流理论研究进展进行综述,并指出该研究领域中需要进一步研究的方向和有关的发展趋势.1 线性瓦斯流动理论及其应用111 线性瓦斯流动理论线性瓦斯渗流理论认为,煤层内瓦斯运动基本符合线性渗透定律———达西定律(Darcy′s law).渗流力学最先在水利工程,水的净化和地下水资源开发等部门应用;大约从20世纪的20年代起,渗流力学开始成为石油和天然气开发工业的一项理论基础;20世纪40年代末,为了适应采矿(煤)业的大力发展,控制瓦斯技术已成为当时研究的关键技术之一.前苏联学者就是应用达西定律———线性渗透定律来描述煤层内瓦斯的运动,开创性地研究了考虑瓦斯吸附性质的瓦斯渗流问题[1,2],成为开创瓦斯渗流力学的先驱之一.在20世纪60年代,文献[3]从渗流力学角度出发,认为瓦斯的流动收稿日期:2001Ο01Ο20; 修回日期:2001Ο02Ο27作者简介:孙培德(1957Ο),男,浙江兰溪人,副教授,博士,主要从事资源与环境工程中耦合理论及计算机模拟研究.基本上符合达西定律,把多孔介质的煤层看成一种大尺度上均匀分布的虚拟连续介质,在我国首次提出了瓦斯流动理论———线性瓦斯流动理论.这一理论的提出对我国瓦斯流动理论的研究具有极为深刻的影响.直至20世纪80年代,瓦斯流动理论的研究又趋活跃,主要是修正和完善瓦斯流动的数学模型,焦点是对瓦斯流动方程的修正.1984年,文献[4]就一维情况,结合相似理论,研究了瓦斯流动方程的完全解,并指出文献[3]中关于瓦斯含量与孔隙压力之间抛物线关系式的近似性,采用朗格缪尔(Langmuir )方程来描述瓦斯的等温吸附量,提出了修正的瓦斯流动方程式.1986年,文献[5]又针对瓦斯的气体状态方程,认为应用瓦斯真实气体状态方程更符合实际,便提出了修正的矿井煤层真实瓦斯渗流方程.1986年起,文献[7～11]在总结前人研究成果的基础上,进一步修正和完善了均质煤层的瓦斯流动数学模型,同时发展了非均质煤层的瓦斯流动数学模型,在此基础上,应用计算机进行了数值模拟的对比分析,结果表明:文献[9,11]提出的新的线性瓦斯流动模型比国内外三大典型模型更逼近实际.1989年文献[6]认为煤层中参与渗流的瓦斯量只是可解吸的部分量,在煤体瓦斯吸附与解吸过程完全可逆的条件下,建立起了瓦斯渗流的控制方程.自20世纪80年代初以来,随着计算机应用的普及和计算技术的日益发展,应用计算机研究瓦斯流场内压力分布及其流动变化规律已成为可能,这也是瓦斯渗流力学的研究手段不断实现现代化的主流方面.80年代初,文献[15,16]率先报道了广东省煤炭研究所和抚顺煤炭科研所应用计算机研究瓦斯流动的成果;尤其是文献[15]的工作,结合煤矿实际问题,用有限差分法(DEM ),首次对瓦斯流场中压力分布及其流量变化实现了数值模拟,较成功地预测了瓦斯流场内的瓦斯压力变化规律.1989年,文献[17]用有限单元法(FEM )、1990年,文献[18]又用边界单元法(B EM )实现了对瓦斯渗流的数值模拟.煤层透气系数是反映煤层内瓦斯流动难易程度的重要参数,也是评判瓦斯抽放的可行性指标之一,同时也是判断煤与瓦斯突出危险性的指标之一.因此,如何提出煤层透气系数的解析关系式及其测定方法,这是瓦斯渗流力学发展之关键技术之一.自20世纪60年代以来,我国科学工作者在这一领域做出了有意义的工作.1984年,文献[19]总结了前期大量的实测工作成果,提出了测定煤层透气系数的“钻孔流量法”,并应用计算机对比分析和计算了中国的“钻孔流量法”与前苏联的“钻孔压力法”的优越性,得出结论:中国的钻孔流量法优于前苏联的钻孔压力法.此方法在我国煤矿中广泛应用.之后,为了推导计算煤层透气系数的关系式,寻求径向流场瓦斯压力分布的有限近似式又成为关注的热点问题之一.日本学者于文献[59]中应用复变函数论的保角变换技巧,求出了近似表达式.国内文献[20]也求出了数值模拟的近似表达式———单孔无限圆径向流场瓦斯压力分布式,提出用无限流场单一钻孔总流量计算煤层平均透气系数的新方法,并在煤矿现场取得了成功的应用.应该指出的是文献[21～23]的工作,从寻求径向流场瓦斯压力分布定解问题出发,求得了其半解析解;进而,推导出计算煤层透气系数的解析式,以及计算煤层抽(排)放瓦斯参数的一系列关系式等,这些关系式经过焦西矿之实践及数值模拟验证,证明它们是可靠的,具有实用价值[9,11].尤其是提出的计算煤层透气系数新方法,引起了国际同行的关注[24,27].近年来,为了探索煤与瓦斯突出的机理,从力学角度出发,应用达西渗流运动方程来描述突出过程中的瓦斯流动,指出煤的破碎起动与瓦斯渗流的耦合是煤与瓦斯突出的内在因素[12,13],中科院力学所以郑哲敏院士为首的学科组在这方面做出了有意义的探索.另一方面,中科院地质研究所以孙广忠教授为首的学科组也相继提出“煤—瓦斯介质力学”的观点,对煤─瓦斯介质的变形、强度、破碎、渗透性等力学特性进行了系统研究,并应用达西渗流定律,讨论了突出发生后所形成的瓦斯粉煤两相流动过程[14],为阐明煤与瓦斯突出机理做出了有益的贡献.112 线性瓦斯扩散理论线性瓦斯扩散理论认为,煤屑内瓦斯运动基本符合线性扩散定律———菲克定律(Fick ′s law ).对煤屑中瓦斯扩散理论的研究在欧美国家进行较多,而在我国这方面的研究较少.我国文献[30]的工作正是这方面的代表作.他们认为:各种采掘工艺条件下采落煤的瓦斯涌出、突出发展过程中已破碎261 焦作工学院学报(自然科学版) 2001年第20卷煤的瓦斯涌出、在预测瓦斯含量和突出危险性时所用煤钻屑的瓦斯涌出等问题,皆可归结为煤屑中瓦斯的扩散问题.众所周知,扩散是体系流体分子由高浓度区向低浓度区运移的平衡过程.Fick 扩散定律就是把扩散流体的速度与这种流体的浓度梯度线性地联系起来.然而,煤屑中瓦斯涌出过程是一个很复杂的过程.从分子运动观点来看,气体分子在煤层孔隙壁上的吸附和解吸是瞬间完成的;但实际上瓦斯通过煤屑的流动需要一定的时间,这是因为瓦斯通过煤屑各种不同大小的孔隙和裂隙涌出时要克服阻力.他们认为:这种涌出规律符合Fick 线性扩散定律.并以此对煤屑中瓦斯扩散规律进行了深入的理论探讨和实测对比分析研究.113 瓦斯渗透与扩散理论瓦斯渗透与扩散理论认为,煤层内瓦斯运动是包含了渗透和扩散的混合流动过程.随着瓦斯运移规律研究的深入,国内外许多学者都赞同煤层瓦斯渗透———扩散的理论.1986年以来,国内文献[28]的工作,以瓦斯地质的新观点来认识煤层内瓦斯运移的机理,明确指出:煤层内瓦斯流动实质上是可压缩性流体在各向异性且非均质的孔隙———裂隙双重介质中的渗透———扩散的混合非稳定流动.此观点的提出,对指导现代瓦斯流动理论的研究具有一定的影响.1987年,在北京召开的“第22届国际采矿安全研究会议”上,A 1Saghfi (法国)和R 1J 1William (澳大利亚)等在发表的文献[31]中指出,煤层中存在相互沟通的裂隙网络,沿着这些裂隙网络,游离瓦斯流向低压工作面,而煤体的透气性与该裂隙网络密切相关.与此同时,块煤内部的瓦斯解吸,向裂隙扩散,因此煤层中瓦斯的渗透率和介质的扩散性共同决定了瓦斯的流动状况.基于这一认识,他们从扩散力学出发,依据Fick 定律,提出了煤块瓦斯扩散方程;又从渗流力学出发,依据Darcy 定律,提出了瓦斯渗流方程;最后耦合成瓦斯渗透─扩散的流动方程,结合边值条件,提出了瓦斯渗透———扩散的动力模型.更值得指出的,文献[31]在煤层透气系数与地应力和孔隙压关系研究的基础上,以变透气系数为前提,成功地进行了数值模拟,使数值模拟结果与实际情况较吻合.这是国际采矿界在瓦斯渗流力学研究领域做出的重要成果之一.综上所述,线性瓦斯流动理论的研究已有40多年的历史,在探求煤层内瓦斯运移机理方面已先后发展了线性渗流理论[1～11]及其应用、线性扩散理论[30]、渗透─扩散理论[28,31,32]等等,在一定的简化假设下,已形成了较严密的理论体系,并在煤矿安全生产中起到了一定的作用.但是,由于煤层内瓦斯运移是一个非常复杂的过程,这不仅与煤结构有关,而且受到众多因素的影响,上述线性瓦斯流动理论和方法的适用性和实用性常常受到挑战.这主要体现在下列五个方面:(1)对煤层这个孔隙─裂隙双重介质的几何参量很难进行严格的定量描述.实际均匀一致的孔隙与裂隙分布是不存在的,固相界面存在着随机的不确定性和各向异性,因此研究者们只能引入“容积平均”的概念,把孔隙─裂隙双重介质看成一种大尺度上均匀分布的各向同性的虚拟连续介质,这导致与实际情况间产生较大误差.(2)煤层内瓦斯运移只是近似地用线性规律来描述,至今仍在探索瓦斯运移的基本规律.(3)煤层这个固体骨架不能假定为刚性的.工程上常会遇到煤层的胀缩性以及变形,因此相应地将固体骨架看成可变形的介质更符合实际.(4)在实际煤层内瓦斯运移过程中,存在着许多尚未深入研究的物理化学效应.例如地应力场和地温场等对瓦斯流场的耦合效应、毛细滞后效应、瓦斯吸附与解吸效应、水份迁移的非Darcy 效应、瓦斯扩散效应、煤体与瓦斯之间的化学反应等,现有理论未能考虑这些问题.(5)由于缺乏测试各向异性透气系数的有效方法,导致对各向异性煤层内瓦斯运移的深入研究以及数值模拟遇到了极大的困难.因此,自20世纪80年代以来,国内外学者还在寻求比较简单而且更切合实际的理论模型,进一步考虑在瓦斯传质过程中的各种主要的物理化学效应以及有效的瓦斯流动参数测试法和手段,发展数学模型和数值方法,这是当今瓦斯渗流力学研究的主要方向之一.2 非线性瓦斯流动理论国外许多学者对线性渗流定律———Darcy ′s law 是否完全适用于均质多孔介质中的气体渗流问题361第3期 孙培德等:煤层瓦斯渗流力学的研究进展 早已作出了大量的考察和研究[89,90].许多学者经过研究归纳出达西定律偏离的原因为:①流量过大;②分子效应;③离子效应;④流体本身的非牛顿态势.著名的流体力学家E 1M 1Allen 指出[33],将达西定律用于描述从均匀固体物(煤样)中涌出瓦斯的试验,结果导致了与实际观测不相符合的结论.1984年,日本国北海道大学教授通口澄志指出[28],从通过变化压差测定煤样瓦斯渗透率看,达西定律不太符合瓦斯流动规律.并在大量试验研究的基础上提出了更能符合瓦斯流动的基本规律———幂定律(Power Law ).1987年,文献[28]根据Power Law 的推广形式,在均质煤层和非均质煤层条件下,首次建立起可压缩性瓦斯在煤层内流动的数学模型———非线性瓦斯流动模型.由焦作矿务局中马村矿的实测瓦斯流动参数为依据,对均质瓦斯流场的压力分布作出了三类不同模型的数值模拟,经与实测值比较表明:文献[28]提出的非线性瓦斯流动模型比文献[3,4]提出的线性瓦斯流动模型更符合实际[25,28].从而初步提出:幂定律[Power Law ]更符合煤层内瓦斯流动的基本规律.之后,文献[9,11]又进一步经5种不同模型的数值模拟得出结论:文献[28]提出的非线性瓦斯流动模型比国内外其他4种模型更逼近实际.1991年,文献[34]经过实验研究,提出考虑克氏(K linkenberg )效应的修正形式的达西定律———非线性瓦斯渗流规律,并建立了相应的瓦斯流动数学模型,指出了达西定律的适用范围.非线性瓦斯流动理论[28]的发表,引起了国内外同行的兴趣和关注[25,35].1992年,文献[35]对幂定律和达西定律进一步作了数值模拟和分析,并指出在焦作矿务局中马村矿[28]的实例分析中,达西定律比幂定律更逼近实际.其实,在中马村矿实测资料中,1号钻孔压力失效;2号钻孔为一斜向钻孔,测压有效;3号钻孔最深达21m ,测压有效.因此,文献[28]采用了2号与3号钻孔实测值,且2号孔的纵深距离有误;以3号孔的实测值为依据,则Power Law 仍比达西定律更符合实际,即文献[28]之结论仍成立.综上所述,以非线性瓦斯流动基本定律———幂定律(Power Law )为基础,提出了非线性瓦斯流动的数学模型,经初步实测验证表明,非线性瓦斯流动模型[28]比国内外四类典型的流动模型更符合实际[9,11,25].因此,在进一步研究和发展非线性的达西定律基础上的瓦斯流动理论也是当今有意义的探索方向之一.3 地球物理场效应的瓦斯流动理论随着对瓦斯流动机理研究的深化,许多学者认识到了地应力场、地温场及地电场等对瓦斯流动场的作用和影响;围绕着煤体孔隙压力与围岩应力对煤岩体渗透系数的影响,以及对渗流定律———达西定律的各种修正,建立和发展了固气耦合作用的瓦斯流动模型及其数值方法,这是近年来国内外许多学者竞相研究的热点.文献[36～40]是反映欧美诸国在这一领域的研究成果的代表作.W 1H 1Somerton (1975年)[40],研究了裂纹煤体在三轴应力(σ1,σ2=σ3)作用下氮气及甲烷气体的渗透性,得出了煤样渗透性敏感地依赖于作用应力,而且与应力史有关等几个结论,并指出,随着地应力的增加,煤层透气率则按指数关系减小.S.Harpalani (1984)[39],对含瓦斯煤样在受载状态下的渗透特征进行了深入的研究.S.Harpalani (1985)[36].J.G awuga (1979)[37]、V.V.Khodot (1980)[38]等学者,从煤层赋存的地质条件和地物场环境出发,在实验条件下,开创性地考察和研究了含气煤样的力学性质,以及瓦斯渗流和煤岩体之间的固气力学效应.从20世纪80年代以来,我国学者也对含气煤体的变形规律、煤样透气率与等围压或孔隙压力之间的变化关系,含气煤的力学性质以及含气煤的流变特性等进行了系列研究[48～52],为我国深入发展地物场效应的瓦斯流动理论提供了基本依据.20世纪90年代初,在国家自然科学基金资助下,文献[41～46]在我国首次深入地研究了地电场(直流电)对瓦斯流场渗流的作用和影响,修正了达西定律,提出了地应力场、地电场和地温场对瓦斯流场作用下的渗流基本规律,进而建立起瓦斯渗流的数学模型;文献[47]创建了多煤层系统瓦斯越流的固气耦合理论及其应用.以流体─岩石相互作用的新观点来认识煤层内瓦斯运移的机理,这是值得注重的研究前沿.文献[53]是“采空区瓦斯抽放”461 焦作工学院学报(自然科学版) 2001年第20卷的“七・五”国家攻关项目的总结(1991),提出将瓦斯流动看作可变形固体骨架中可压缩流体的流动,得到了采动影响下煤岩层瓦斯流动的耦合数学模型.并研究了打通二矿7号煤层开采对邻近层卸压后瓦斯向开采层采空区流动状况.文献[54]在前人工作的基础上,提出了煤体─瓦斯固气耦合理论,体现了瓦斯气体与煤岩固体之间的相互作用的瓦斯流动过程,并结合数值模拟实例,得出耦合模型与非耦合模型差别甚大、且更符合实际情况的结论.综上所述,从20世纪80年代至今,创建和发展地物场效应的瓦斯流动理论是国内外学者竞相研究之热点,也是当代瓦斯渗流力学发展的重大进展之一.用流体———岩石的相互作用去认识煤层内瓦斯运移的机制,充分发展考虑地应力场、地温场以及地电场等地球物理场作用下的瓦斯流动模型及其数值方法,尤其要注重发展可变形的块裂———孔隙介质的气液固耦合模型及其数值方法[64],使物理模型更能反映客观事实,进一步完善理论模型及测试技术,实乃当今推动瓦斯渗流力学向前发展之主流方向.4 多煤层系统瓦斯越流的流固耦合理论根据文献[47]对瓦斯越流场之定义,以下诸问题,如煤层群开采中采场瓦斯涌出问题,保护层开采的有效保护范围的确定问题,井下邻近层(采空区)瓦斯抽放工程的合理布孔设计及抽放率预估问题,地面钻孔抽放多气层瓦斯工程的合理设计及抽放率预估问题,以及地下多气层之间瓦斯运移规律的预测和评估等问题,皆可归结为瓦斯越流问题.经国内外生产实践表明,开采保护层(解放层)是预防煤与瓦斯突出最为有效的区域性治理措施.目前,在我国有保护层开采条件的突出矿井基本上都优先采用保护层开采法以预防“突出”.在对保护层开采的作用机理认识及其实践中,文献[55～58]作出了贡献.关于瓦斯抽放钻孔的合理设计问题则处于摸索阶段.我国有关地下多气层之间瓦斯运移规律以及地面钻孔抽放多气层瓦斯工程的效果预估及合理设计等问题的研究甚少,也未得到应有的重视.而欧美国家则重视对煤层气资源开采和瓦斯抽放工程的瓦斯流动问题的数值模拟技术研究以及商业软件包的开发.此乃当今本学科的重要研究课题.5 结 论尽管我国学者对瓦斯越流问题已进行过一定程度的研究并取得了一些进展.但由于此问题的复杂性,国内外学者均未从瓦斯越流的角度去抽象出其普遍规律并创建多煤层系统瓦斯越流固气耦合理论;然而,瓦斯越流固气耦合理论恰恰正是从根本上认清机理,解决上述诸问题的理论基础.因此,文献[61～63]应用流体─岩石相互作用的观点,创建和发展瓦斯越流的固气耦合模型及其数值方法,丰富和完善瓦斯渗流力学,这是当今本学科理论研究的前沿课题,它既有十分重要的理论意义,也有重要的实际意义.限于文献容量和业务水平,文中难免有失偏颇,敬请批评指正.参考文献:[1] ΚP ИЧеВCK ИЧP.M.O ЛP ИPO деВΗeyanHbIX BbI дeneH ИЙИBbI БPOCOByr ΛЯИraya [J ],БrOΛΛe TeHb MakH ИИ,1948(18).[2] ЧБaPuHOBa -KO ЧИHa Л.Я.OHeyC TaHOB ЧB ЧIe ЙC ЯХu ΛbTPa ЧИu Гaya ByrOΛbHOM ЛΛac Te [J ],ЛPu KΛ.Ma T.ИMex.,1953(6).[3] 周世宁,孙辑正.煤层瓦斯流动理论及其应用[J ].煤炭学报,1965,2(1):24-36.[4] 郭勇义.煤层瓦斯一维流场流动规律的完全解[J ].中国矿业学院学报,1984,2(2):19-28.[5] 谭学术.矿井煤层真实瓦斯渗流方程的研究[J ].重庆建筑工程学院学报,1986,(1):106-112.[6] 余楚新,鲜学福.煤层瓦斯流动理论及渗流控制方程的研究[J ].重庆大学学报,1989,12(5):1-9.[7] 孙培德.煤层瓦斯流动理论及其应用[A ].中国煤炭学会1988年学术年会论文集.北京:煤炭工业出版社,1988.[8] 孙培德.煤层瓦斯动力学及其应用的研究[J ].山西矿业学院学报,1989,7(2):126-135.561第3期 孙培德等:煤层瓦斯渗流力学的研究进展 [9] 孙培德.瓦斯动力学模型的研究[J ].煤田地质与勘探,1993,21(1):32-40.[10]孙培德.煤层瓦斯流动方程补正[J ].煤田地质与勘探,1993,21(5):61-62.[11]Sun Peide.Coal gas dynamics and its applications [J 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地下水流的渗流力学分析
地下水流的渗流力学分析地下水是地球表层下方的水体，由于地壳中的孔隙和裂隙中填充了水分，形成地下水层。
地下水流是指地下水在地下岩层中的运动过程。
为了更好地理解地下水流的运动特性，科学家们进行了渗流力学分析。
一、地下水流的渗流力学基础渗流力学研究地下水流动的原因、特征和规律，是岩石力学和流体力学的交叉学科。
渗流力学的基本原理是达西定律，即渗流速度与渗透率成正比，与流体密度和粘度成反比。
根据达西定律，我们可以计算地下水的渗流速度和渗透率，以及地下水与地下岩层之间的关系。
二、地下水流的物质平衡方程地下水流的物质平衡方程是描述地下水流动的重要工具。
该方程描述了地下水流动过程中水量的变化。
它是根据质量守恒定律推导出来的，可以表达为：∇·(qρ) + ∂(ρΦ)/∂t = S其中，q是地下水流速向量，ρ是地下水密度，Φ是地下水位势，t是时间，S是外部水源和汇水源的贡献。
这个方程可以用来分析地下水在不同区域的流动情况，并预测地下水流动的趋势。
三、地下水流的渗透率计算渗透率是描述岩层渗透性的参数，是测量岩层渗流能力的指标。
地下水流的渗透率计算可以通过实验或野外测试获得。
其中一种常用的方法是Lugeon试验，该试验通过注入标准单位水量来测量注水速度和水压变化，进而计算出地下水的渗透率。
四、地下水流的流动特征地下水流的流动特征包括流速分布、流向、流线和流量等。
地下水流速分布的分析可以通过建立二维或三维数值模型，使用流体力学方程进行数值模拟来实现。
借助计算机技术，科学家们可以获取地下水流动的详细信息，预测地下水流动的趋势。
五、地下水流的影响因素地下水流的流动过程受到众多因素的影响，主要包括岩性、裂隙特征、孔隙度和渗透率等。
岩性是决定地下水流动性质的基本因素，不同的岩性具有不同的渗透性。
裂隙特征是影响地下水流速和渗透率的重要因素，对于裂隙性岩石来说，渗透率的计算需要考虑裂隙的数量、宽度和方向等因素。
孔隙度是描述岩石中可存储和运移水的能力，是衡量地下水资源的关键指标。
渗流力学
我国是世界第一产煤大国，煤炭产量占世界的37%。
煤炭开采过程中，瓦斯是一种清洁高效的能源。
但由于煤层赋存条件复杂、安全形势严峻，矿井瓦斯灾害一直是影响煤矿安全生产的重要因素之一。
特别是我国煤矿相继进入深部开采，原岩应力高，煤层具有渗透率低，煤层瓦斯压力高，煤层瓦斯吸附能力强的特点。
因此一系列瓦斯灾害事故也在不断增加，例如：2009 年同华煤矿发生的煤与瓦斯突出特别重大事故；2008 年湖南省挂子岩煤矿发生的煤与瓦斯突出事故；2007 年贵州省群力煤矿发生的特别重大煤与瓦斯突出事故。
瓦斯的流动即渗流和扩散。
瓦斯渗流的研究是指瓦斯在煤体中流动状态的研究。
在煤矿开采的各种瓦斯动力现象中，煤层瓦斯的突出、涌出等均与煤层的渗透性有关。
因此人们迫切需要认识深部低渗透煤层的瓦斯渗流规律，为煤矿深部开采的瓦斯灾害防治提供理论依据。
经典渗流理论研究，首先由法国工程师达西总结了线性渗流方程，即达西定律。
但是达西定律有他的适用范围，即雷诺系数在1~10之间。
超越了这个范围，流体的流动就为非线性了，不在适用。
之后多为学者在这之上不断地发展和完善。
近现代也有很多人对煤的渗流力学性能进行了试验研究。
林柏泉等研究了围压不变的条件下煤体的渗透率随瓦斯压力、煤体变形的变化规律；梁 冰等开展了不同围压、不同孔隙瓦斯压力下煤的三轴压缩试验，研究了瓦斯渗流对煤体力学变形性质的影响；S. Harpalani 和 G. L. Chen 通过试验研究了有效应力和煤体颗粒的体积应变对煤体渗透率的影响。
尹光志等[9]以型煤为研究对象，利用自行研制的含瓦斯煤样三轴瓦斯渗流试验装置，进行全应力-应变过程渗透率变化规律试验研究，同时也探讨了围压和瓦斯压力对峰值渗流速度的影响规律；单一裂隙(组)渗流与应力关系的建立，是裂隙岩石渗流场与应力场耦合分析研究的基础和关键环节，建立单一裂隙(组)渗流与应力耦合关系一般有以下三种方法：第一，直接通过试验总结出渗流特性与应力的经验公式；第二，根据裂隙面的法向、切向变形公式间接地导出渗流特性与应力的关系；第三，提出某理论概念模型来解释渗流与应力的耦合规律。
CO2驱油中的渗流力学理论最终报告范文
CO2驱油中的渗流力学理论最终报告范文摘要：该报告严格按照计划进度完成了前三年的研究任务。
完成工作进一步明确了研究思路与方法。
建立了模拟实际油藏矿物胶结的储层模型（可以模拟天然矿物胶结物）；改进了耐腐蚀的高压CO2驱模拟装置（耐CO2腐蚀和高压，可模拟岩石所受的径向及轴向压力）；改进了高压油水气计量—回压控制系统（实现高压条件下气体分区计量）；完成高压条件下CO2指进模拟装置的设计，拓展其可视化功能（可视化，减小实验用气量，降低了实验操作的难度）；建立了CO2长期驱替实验平台（可真实反映储层中CO2与岩石/水/原油的缓慢反应）。
以吉林油田黑47井为研究对象，完成了储层岩石的物性参数（通过实验得到储层矿物组成、表面元素、地层水组成等）、CO2在地层水与原油中的溶解度的检测，并分析了其变化规律及特点（得到不同压力、温度下的CO2溶解性），确定了CO2驱替过程中储层物性参数变化规律（得到不同驱替压力和温度下岩石孔隙度、渗透率的变化）。
综合评价了现有的多相多组分LBM模型，并建立了细观多相多组分LBM模型和边界条件（得到能够真实体现CO2混相机理并消除非物理虚假速度的微观LBM模型）；利用建立的多相多组分LBM模型，研究了单孔内两相流动的渗流问题，研究了微孔中液态CO2在不同润湿性条件下对渗流的影响（得到不同粘度比、润湿性下的微观渗流特征）。
进行了CO2/H2O/岩心相互作用对岩石的表面结构、化学元素、矿物组成的实验研究，分析了在高温高压下CO2对储层表面润湿性的影响（得到不同温度压力下，岩石表面元素组成的变化、地层水离子变化、岩石表面化学元素以及亲水性的变化）；结合数值模拟，分析CO2驱过程中反应对储层物性及开发效果的影响（得到考虑沥青质沉淀对储层物性及产能的影响）。
完成了部分CO2窜流的影响因素实验，其中包括渗透率、裂缝、压力等参数对CO2指进气窜影响的实验（得到不同渗透率、裂缝开度及压力下，CO2的窜流程度）。
渗流力学双语教学实践论文
渗流力学双语教学实践探讨摘要:渗流力学是石油工程专业的重点专业课程,为了适应现阶段石油工业国际化程度的不断提高、以及高素质国际化复合型石油专业人才大量缺失的新形势,本文结合了双语教学的必要性和渗流力学专业知识的特点,探讨了双语渗流力学教学的目标,教材的选用以及教学的方法和相关策略,以期为提高相关石油专业课程的双语教学质量拓宽思路。
关键词:双语教学渗流力学专业课程教学策略随着国民经济的高速发展,我国的国际化进程日益加快,市场经济体系对人才的要求越来越高,表现出强烈的复合性。
高等教育如何改变模式,培养出适应油田实际的新一代大学生,成为当前教学改革的重点。
所以各大石油高校纷纷开设双语教学课程,在专业知识学习的同时,加强学生语言交流能力的学习。
渗流力学是专门研究渗流的运动形态和运动规律的一门科学,是流体力学的一个分支学科。
该课程是石油工程专业的必修课程,课程包括:渗流力学基本知识、油藏概况、渗流基本定律和数学模型、单相流体和混相流体渗流理论、气体渗流和复杂条件下的渗流等相关内容。
本文拟对双语渗流力学教学的相关问题进行探讨,以期可提高学生的相关专业英语水平,使学生能阅读原版英文文献、帮助学生了解渗流研究的国际前沿,使之成为具有跨文化交际能力和国际竞争能力的复合型人才。
一、渗流力学双语教学的必要性双语教学(bilingual teaching)是双语教育的核心组成部分,指采取两种语言的教学,具体是在教材使用、课程讲授、考试等教学环节中同时使用外语(主要为英语)和汉语两种语言进行部分或全部的教学活动[1]。
它指的是在高校非语言类专业课程中采用国外具有代表性的优秀教材,并用结合外语授课的一种教学方式。
它以提高学生的综合素质,适应毕业后的就业环境为目的,是当前我国高等教育教学改革的方向之一。
采取双语教学,不仅可以使学生了解世界科技的前沿、最新的成果、紧跟科技发展的步伐,养成阅读英文文献的习惯和能力,还可以大力推动教学内容、课程体系以及教学方法和教学手段的改革[2]。
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中国地质大学（武汉）资源学院 1 页岩气水平井分段压裂渗流机理研究综述褚志伟中国地质大学（武汉）资源学院，湖北武汉 430074摘要：页岩气是赋存于页岩裂隙、微细孔隙及层面内的天然气。
赋存方式主要包括吸附气和游离气，其储层的渗透率极低，渗流机理与常规气藏有着很大的区别，因此页岩气的开发方式与常规气藏有着很大的区别。
目前，作为页岩气最为有效的开发方式，水平井技术和大规模分段压裂技术得到了广泛的应用。
然而在进行水平井分段压裂后，产生的多级复杂人工裂缝对研究水平井分段压裂情况下页岩气的渗流机理的认识与研究带来看较大的挑战。
因此，本文总结了关于页岩气水平井分段压裂渗流机理的研究现状，分析了相关文献采用的研究方法优点和存在的不足，以期对相关的研究提供一定的理论借鉴。
关键词：页岩气；水平井；分段压裂；渗流机理.Review of seepage flow characteristics of multi-stagefracturing in horizontal shale gas wellChu ZhiweiNature Resources Faculty of China University of Geosciences ,Wuhan,Hubei 430074Abstract: Occurrence of Shale gas is in the shale fracture, pore and micro level. Occurrence mode mainly includes the adsorbed gas and free gas, the reservoir permeability is extremely low, the percolation mechanism and conventional gas reservoir has the very big difference, so the shale gas development way and the conventional gas reservoir has the very big difference. At present, as the development of shale gas is the most effective way, horizontal well technology and large-scale staged fracturing technology has been widely used. However in the horizontal well staged fracturing, the multistage complex fractures of the horizontal well staged fracturing cases, shale gas percolation mechanism of knowledge and research challenges look larger.herefore, this article summarizes the research on mechanism of shale gas horizontal well staged fracturing seepage status quo, analysis of the related literature research methods the advantages and the deficiencies, in order to provide certain theoretical reference for related research.Key words:shale gas; horizontal well; staged fracturing; percolation mechanism.1引言页岩气是以吸附、游离或溶解状态赋存于泥页岩中的非常规天然气,与常规天然气藏最显著的区别在于它是一个“自生、自储”系统。
其开发寿命长、清洁环保, 但又面临成藏隐蔽、采收率不稳定、开开发技术要求高、成本高的不利因素。
研究表明, 我国主要盆地和地区的页岩气资源量十分丰富,约为15×1012m3-30×1012m3。
页岩气藏一般天然裂缝发育，但大部分天然裂缝必须经压裂才能张开。
因此商业化开发页岩气藏必须要进行水力压裂，裂缝是页岩气的主要运输通道，水平井完井技术和压裂增产工艺措施是实现页岩气藏成功经济开发的关键技术。
目前,针对页岩气水平井分段压裂渗流机理的相关研究开展的较少，国内的一些学者开展了该方面的理论研究。
因此，本文总结了相关研究的成果，并分析了所采取的研究方法的优点和存在的不足。
褚志伟 22页岩气渗流基本过程页岩气在页岩中有其特殊的赋存运移机理, 与常规气藏最主要的区别在于页岩气以吸附状态赋存于页岩的基质孔隙中, 其流入生产井筒需要经历三个过程：1）在钻井、完井降压的作用下，吸附在页岩表面气体在其内表面脱离，页岩气由基质系统向裂缝内表面进行解析，解析出来的气体进入裂缝孔隙中成为游离气；2）在浓度差的作用下,游离相页岩气从高浓度区向低浓度区运动,即页岩气由基质系统向裂缝系统进行扩散,当浓度趋于平衡时,扩散现象停止；3）在流动势的作用下,页岩气通过裂缝孔隙系统向生产井筒进行渗流。
3分段压裂裂缝形态通常水平井分段压裂裂缝存在两种极限情况：纵向和横向（图1）当水平井井筒方位与最大水平主应力方位垂直时，可产生横向裂缝；当两者方位一致时，可产生轴向裂缝；当两者夹角处于其他情况时，裂缝形太会非常的复杂。
由于水平井轴向裂缝有效泄流面积相对横向裂缝来说小很多，一般希望水平井压裂产生横向裂缝作为裂缝网络的主裂缝。
页岩气井最佳的压裂效果是产生垂直于水平井段的横向主裂缝的同时，产生垂直于横向裂缝的二级裂缝，以提高裂缝与地层的接触面积有利于页岩气的解吸附和气体在储层中的流动，据统计水平井分段压裂的裂缝以横向裂缝为主。
4分段压裂渗流特征模拟分析张小涛等（2013）开展了水平井分段压裂渗流特征的模拟分析研究。
在研究方案中，研究人员采用了“双重介质模型”，即：假设页岩由基岩和裂缝两种孔隙介质构成。
模型一般假设页岩气在裂缝中流动是达西流动和高速非达西流，在基岩孔隙中的运移机制是菲克扩散或考虑克林伯格效应的非达西流动。
基于以上的假设和理论基础，运用Eclipse2010建立了如下分析模型：运用该分析模型，主要得出了一下研究结论：1）页岩气井在生产初期的产量递减异常显著，根据国外的页岩气藏数据资料统计，页岩气井在投产的第1年内产量递减最高在80%以上，以后递减逐渐减缓；2）在分段压裂水平井投产初期，首先采出的是压裂形成的主裂缝中的游离气，进而采出整个储层改造区域（SRV）内的游离气。
当生产1a左右时间后，压力波及了SRV 区域的边缘。
在此之前一直是体积压裂改造形成的裂缝网络系统向气井供气。
因此气井的产量递减迅速，这与产量递减现象是相吻合的；3）当气井生产足够长时间后，压力波及范围已基本不变。
单井控制范围较小，只能靠增加水平井的数量来提高整个气藏的采出程度；4）只有压裂缝具有一定的导流能力时，才可能成为对气藏开发有效的裂缝。
而且压裂缝的导流能力越强，裂缝周围储层中的流体就越容易往裂缝中流动，进而流入井筒中，因此裂缝导流能力的强弱对于分段压裂的级数具有重要影响。
刘晓旭等（2013）通过对国内第一口进中国地质大学（武汉）资源学院 3行分段压裂的页岩气水平井W201-H1井型压力恢复测试，得到了第一次关井压力恢复双对数曲线图，如图3所示。
根据对压裂恢复曲线的分析，得出了水平井分段压裂流态特征：1）井储效应井储效应出现在气井开井或关井的短时间内，其影响持续时间较短；2）早期线性流分段压裂水平井早期第一个明显的流态是垂直于裂缝的线性流动，即早期线性流。
3）早期径向流如果裂缝间距够大，早期线性流之后就会出现早期径向流。
分段压裂水平井的早期径向流发生在单个裂缝内部，类似于未压裂水平井的系统径向流，而垂直缝就类似于未压裂的水平段；4）裂缝边界流随着气井生产的进行，压力波进一步向储层内部传递，在某一时间点，相邻裂缝间的压力扰动前缘汇合。
这样就会裂缝干扰效应，此时对应的流动为裂缝边界流；5）复合线性流裂缝边界流之后，压力扰动将逐渐覆盖储层有效压裂体积的整个范围，并进入复合线性流，其特征如同气体流入一条大的裂缝；6）系统径向流如果页岩气井生产时间够长，随着泄流面积的增大，整个水平井段和裂缝系统就如同1口影响范围扩大了的直井。
在距离水平井段和裂缝系统较远的储层内就会出现系统径向流。
5结论通过对相关学者关于“页岩气水平井分段压裂渗流机理研究”的综述，可以得到一下结论：1）页岩气水平井生产早期产量递减较快，后期产量趋于稳定，主要原因是前期主要以游离气为主，后期以吸附气为主；2）页岩气水平井分段压裂形成的裂缝应以平行于最大水平主应力的垂直裂缝为主，因此应使水平井水平段的延伸方向垂直于最大主应力的方向；3）页岩气分段压裂水平井以横向缝为主，渗流形态依次表现为：（井筒与裂缝）井储效应→早期线性流（或双线性流）→裂缝边界流→复合线性流→系统径向流→外边界效应。
在页岩气井的生命期内通常只出现前4种流态。
6不足上述学者的研究主要存在以下的不足：1）没有考虑天然裂缝对水平井分段压裂裂缝的形成以及渗流特征的影响；2）采用的渗流方程为达西渗流方程，该方程适用于常规油气藏流体渗流特征的研究，但应用于页岩气渗流特征的研究应考虑实际的流体特征；3）采用的分析模型为均质模型，与实际有较大的差别，会对模拟结果产生影响。
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