流固耦合原理

第一章 流固耦合原理
Part 1
流一固耦合问题的求解方法
建立满足一定初始条件和边界条件的微分或偏微分方程 通过解析法和数值计算的方法来求出精确解或数值解
◎解析方法
◎数值方法
第二章 土石混合边坡失稳的流固耦合原理
Part 1
土石混合体边坡失稳的流一固耦合数学模型 耦合机理
◎基本假定
（1）土石混合体是完全饱和各向同性体线弹性体 （2）固体颗粒和孔隙水可以压缩 （3）固体骨架的变形遵从Terzaghi有效应力原理 （4）孔隙水渗流服从Darcy定律 （5）岩土质点在渗流过程中要发生位移 （6）土石混合体的孔隙率和渗透系数是动态变化的
完全饱和状态时塑性区分布图
完全饱和状态时最大主应力云图(Pa)
第三章 土石混合边坡失稳的流固耦合数值模拟
Part 5
模拟计算结果分析 耦合机理
◎渗流场分析
初始状态孔隙水压力分布
完全饱和状态孔隙水压力分布
第三章 土石混合边坡失稳的流固耦合数值模拟
Part 5
模拟计算结果分析 耦合机理
◎渗流场分析
完全饱和状态孔隙水压力分布
第二章 土石混合边坡失稳的流固耦合原理
Part 1
土石混合体边坡失稳的流一固耦合数学模型 耦合机理
◎渗流场影响下的应力场方程
（1）本构关系
（2）几何方程 （3）应力平衡方程
渗流场影响下的应力场方程
第二章 土石混合边坡失稳的流固耦合原理
Part 1
土石混合体边坡失稳的流一固耦合数学模型 耦合机理
◎应力场影响下的渗流场方程 （1）考虑流体、固体骨架分担荷载的有效应力原理 流体质点的速度 （2）土石混合体骨架的连续性方程
第三章 土石混合边坡失稳的流固耦合数值模拟
Part 5
模拟计算结果分析 耦合机理
◎位移场分析
完全饱和状态时的位移矢量图
完全饱和状态时的速率矢量图
第三章 土石混合边坡失稳的流固耦合数值模拟
Part 5
模拟计算结果分析 耦合机理
◎位移场分析
完全饱和状态时X方向位移云图(mm)
完全饱和状态时y方向位移云图(mm)
Part 1
分 耦合机理 析 方 法
研究边坡变形破坏机理的主要手段主要有 室内地质力学模型 ◎物理模拟 现场试验模型
◎数值模拟
差分法 有限元法 边界元法
离散元法
连续介质、小变形 拉格朗日算法、大变形
FLAC软件
第三章 土石混合边坡失稳的流固耦合数值模拟
Part 2
数值分析模型及计算条件 耦合机理
◎计算模型
第三章 土石混合边坡失稳的流固耦合数值模拟
Part 3
数值分析模型及计算条件 耦合机理
◎边坡剖面有限元网格划分
第三章 土石混合边坡失稳的流固耦合数值模拟
Part 4
模拟降雨过程 耦合机理
◎不同时刻地下水浸润面
不同工况时的降雨强度及降雨持时
第三章 土石混合边坡失稳的流固耦合数值模拟
Part 5
模拟计算结果分析 耦合机理
流固耦合原理
——土石混合体边坡失稳的流一固耦合特性研究
何晓英
研究目的
云阳凉水井滑坡
巫山滑坡
新滩土石混合体边坡
库区土石混合体边坡
第一章 流固耦合原理
Part 1
基本概念
在力学领域中渗流场与应力场耦合作用又 被称之为“流一固耦合作用”；
在地球科学领域中常称之为“水一岩(土)相 互作用”。
第一章 流固耦合原理
Part 1
土石混合体耦合机理
◎岩体渗流场与应力场的耦合
渗流场通过施加于裂隙壁面上的法向渗透压力和切向托 曳力而影响岩体的应力分布；应力通过改变裂隙宽度而影响 裂隙的渗透系数，从而影响岩体的渗透性及岩体的渗流场。 ◎土体渗流场与应力场的耦合 渗流通过施加于某作用面上的渗透压力和在渗流区域内 分布的渗流体积力而影响土体的应力分布;应力通过改变土 体的体积应变及孔隙率而影响岩体的渗透系数，从而影响渗 流场。
◎定wk.baidu.com条件
l)边界条件
第一类(己知水头边界条件）
第二类(流量边界条件） 第三类边界条件(混合边界条件）
2)初始条件
第二章 土石混合边坡失稳的流固耦合原理
Part 1
土石混合体边坡失稳的流一固耦合数学模型 耦合机理
◎应力场定解条件
l)位移边界条件
l)应力边界条件
第三章 土石混合边坡失稳的流固耦合数值模拟
◎不同时刻地下水浸润面
◎稳定性分析
不同水位时的稳定系数
第三章 土石混合边坡失稳的流固耦合数值模拟
Part 5
模拟计算结果分析 耦合机理
◎应力场分析
初始状态最大剪应变增量分布(m）
完全饱和状态最大剪应变增量分布(m）
第三章 土石混合边坡失稳的流固耦合数值模拟
Part 5
模拟计算结果分析 耦合机理
◎应力场分析
第四章 结论
Part 1
结论 耦合机理
流固耦合分析的基本步骤：
1.建立物理模型 2.建立流——固耦合数学模型
3.建立渗流场影响下的应力场方程
4.建立应力场影响下的渗流场方程 5.补充定解条件
6.进行流——固耦合数值模拟
7.模拟结果分析 8.结论
THE END
——何晓英
（3）孔隙流体(不考虑源汇项)的连续性方程
第二章 土石混合边坡失稳的流固耦合原理
Part 1
土石混合体边坡失稳的流一固耦合数学模型 耦合机理
◎应力场影响下的渗流场方程
联立以上式子得 土石混合体流一固耦合渗流场连续性方程
第二章 土石混合边坡失稳的流固耦合原理
Part 1
土石混合体边坡失稳的流一固耦合数学模型 耦合机理