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水-气-颗粒固体三相混合系统的流体动力学
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O351.2[理学—流体力学;理学—力学]
  • 作者机构:[1]中南大学物理与电子学院,长沙410083, [2]蒂宾根大学理论物理研究所,德国,蒂宾根72076
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:11274390)资助的课题.
中文摘要:

按照经典物理中处理混合物的一般热力学方法,将近年来报道的颗粒固体流体动力学进一步推广到孔隙被水和气填充的情形,建立了其自由能的初步模型。水-气-颗粒三相体系是与岩土工程和地质灾害密切相关的材料,但其经典宏观物理基础却一直未能全面澄清。目前用于分析这类混合物力学行为的基本工程理论含Darcy渗流定律、Terzaghi有效应力及其运动方程(即本构方程)等内容。通过与经典物理对比,本文澄清了渗流对应于不同相之间的质量扩散,有效应力与这类材料特有的体积填充形式自由能有关,这两部分内容工程与物理是一致的。目前的分歧具体体现在材料建模对象上,前者认为是本构方程,而后者是自由能和迁移系数。该分歧的解决将是建立这类材料的连续介质物理基础、突破本构方法面临的困境的一个关键。

英文摘要:

Starting from the thermodynamic framework of a mixture, granular solid hydrodynamics (GSH), which has been developed in recent years, is generalized to the cases in which water and/or gas are present in the interstitials of a granular solid. A preliminary model for the free energy of the mixture is proposed. The three-phase system of grains, water and air is a material relevant to soil mechanics and rock engineering, especially geological catastrophies, for which the macroscopic physics has not been clarified as yet. The engineering theory used currently for analyzing this mixture contains the Darcy’s law of intersticial flow, the effective stress by Terzaghi, including its equation of motion (i.e., the constitutive relation). Comparing it with the theory of GSH, we clarify that Darcy’s equation represents mass diffusion, and the effective stress can be explained by the specific model of free energy that is volumetric fill-ing.The usual engineering approach and GSH, a theory based on physics, are consistent, but we do find some discrepancies, especially on how to parameterize the model:the engineering appraoch employs varying constitutive relation, but the physical approach considers the free energy and the transport coefficients. Clarifying this, we believe, is important for eventually obtaining a unified continuous mechanical theory of soils,especially nonsaturated ones, which is complete and satisfying from physics’s point of view.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876