流固耦合原理.ppt

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 土石混耦合体机边理坡失稳的流一固耦合数学模型
◎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
第四章 结论
Part 1
耦合机结理论
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
第三章 土石混合边坡失稳的流固耦合数值模拟
Part 3 数值分耦析合模机型理及计算条件 ◎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
耦模合拟机降理雨过程
◎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
模耦拟合计机算理结果分析
第三章 土石混合边坡失稳的流固耦合数值模拟
Part 5
模耦拟合计机算理结果分析
◎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
模耦拟合计机算理结果分析
◎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)
◎定解条件 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 土石混耦合体机边理坡失稳的流一固耦合数学模型 ◎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
Part 1 分 耦析合方机理法
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 数值分耦析合模机型理及计算条件 ◎计算模型
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
研究目的
云阳凉水井滑坡
巫山滑坡 库区土石混合体边坡
新滩土石混合体边坡
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
◎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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Part 5
模耦拟合计机算理结果分析
◎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
模耦拟合计机算理结果分析
◎应力场分析
第二章 土石混合边坡失稳的流固耦合原理
Part 1 土石混耦合体机边理坡失稳的流一固耦合数学模型
◎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 土石混耦合体机边理坡失稳的流一固耦合数学模型
◎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
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
模耦拟合计机算理结果分析
◎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
模耦拟合计机算理结果分析
◎渗流场分析
完全饱和状态孔隙水压力分布
（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 土石混耦合体机边理坡失稳的流一固耦合数学模型 ◎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 土石混耦合体机边理坡失稳的流一固耦合数学模型
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。