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基于介观结构的饱和与非饱和多孔介质有效应力
  • ISSN号:0459-1879
  • 期刊名称:《力学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O354.4[理学—流体力学;理学—力学]
  • 作者机构:大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室,大连116024
  • 相关基金:国家自然科学基金(11372066); 国家重点基础研究发展计划(2010CB731502)资助项目
中文摘要:

基于描述含液颗粒材料介观结构的Voronoi胞元模型和离散颗粒集合体与多孔连续体间的介-宏观均匀化过程,定义饱和与非饱和多孔介质有效应力.导出了计及孔隙液压引起之颗粒体积变形的饱和多孔介质广义有效应力.用以定义广义有效应力的Biot系数不仅依赖于颗粒材料的多孔连续体固体骨架及单个固体颗粒的体积模量(材料参数),同时与固体骨架当前平均广义有效应力及单个固体颗粒的体积应变(状态量)有关.提出了描述非饱和多孔介质中非混和固体颗粒、孔隙液体和气体等三相相互作用的具介观结构的Voronoi胞元模型.具体考虑在低饱和度下双联(binary bond)模式的摆动(pendular)液桥系统介观结构.导出了基于介观水力-力学模型的非饱和多孔介质的各向异性有效应力张量与有效压力张量.考虑非饱和多孔介质Voronoi胞元模型介观结构的各向同性情况,得到了与非饱和多孔连续体理论中唯象地假定的标量有效压力相同的有效压力形式.但本文定义的与确定非饱和多孔介质有效应力和有效压力相关联的Bishop参数由基于三相介观水力-力学模型,作为饱和度、孔隙度和介观结构参数的函数导出,而非唯象假定.

英文摘要:

Based on the meso-strucrured Voronoi cell model and the meso-macro homogenization procedure between the discrete particle assembly and the porous continuum for wet granular materials, the effective stresses in saturated and unsaturated porous media are defined. The generalized effective stress for saturated porous continua taking into account the volumetric deformation of solid grains due to pore liquid pressure are derived. The Biot coefficient introduced to define the generalized effective stress depends on not only the bulk moduli of both the porous media and the solid grains(material parameters), but also the current mean stress of solid skeleton of porous media and the current volumetric strains of the individual grain due to the hydrostatic pressure(state variables). The wet meso-structured Voronoi cell model,consisting of three immiscible and interrelated(i.e., solid grains, interstitial liquid and gas) phases, is proposed. The meso-structural pattern with the binary bond mode of pendular liquid bridges valid at low bulk saturation is particularly assumed to derive the meso-hydro-mechanically informed anisotropic effective pressure and effective stress tensors for unsaturated porous media. As the isotropic case of the wet meso-structured Voronoi cell model is considered, the mesohydro-mechanically informed effective pressure tensor degrades to the scalar variable in the form as same as that given in the theory of unsaturated porous continua. The proposed meso-hydro-mechanically informed Bishop's parameter is derived and obtained as a function of the saturation, the porosity, meso-structural parameters, while without the need to introduce any phenomenological assumptions.

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期刊信息
  • 《力学学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国力学学会 中国科学院力学研究所
  • 主编:魏悦广
  • 地址:北京市海淀区北四环西路15号中科院力学所内《力学学报》
  • 邮编:100190
  • 邮箱:lxxb@cstam.org.cn
  • 电话:010-62536271
  • 国际标准刊号:ISSN:0459-1879
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2062/O3
  • 邮发代号:2-814
  • 获奖情况:
  • 1992年首届自然科技期刊一等奖,1996年国家自然科技期刊二等奖,2000年首届国家期刊奖
  • 国内外数据库收录:
  • 美国数学评论(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,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:13332