A discrete element model for simulating saturated granular soil

A numerical model is developed to simulate saturated granular soil, based on the discrete element method. Soil particles are represented by Lagrangian discrete elements, and pore fluid, by appropriate discrete elements which represent alternately Lagrangian mass of water and Eulerian volume of space. Macro-scale behavior of the model is verified by simulating undrained biaxial compression tests. Micro-scale behavior is compared to previous literature through pore pressure pattern visualization during shear tests. It is demonstrated that dynamic pore pressure patterns are generated by superposed stress waves. These pore-pressure patterns travel much faster than average drainage rate of the pore fluid and may initiate soil fabric change, ultimately leading to liquefaction in loose sands. Thus, this work demonstrates a tool to roughly link dynamic stress wave patterns to initiation of liquefaction phenomena.     

一个考虑沉积物孔径分布特征的水合物相平衡模型

天然气水合物的相平衡条件一直是水合物相关研究的重点和难点. 本文探讨了沉积物孔隙大小及其分布特征对水合物相平衡条件的影响机理, 提出了有效孔隙半径的概念, 并利用沉积物孔隙大小分布特征, 假设孔径分布呈正态分布, 建立了水合物饱和度和有效孔隙半径之间的定量关系; 与传统的van der Waals-Platteeuw相平衡模型相结合, 提出了一个考虑沉积物孔隙大小及其分布特征的相平衡模型. 相对于传统模型, 本模型所表达的相平衡条件不再是二维平面的p-T曲线, 而是温度、压力以及水合物饱和度之间的三维定量关系. 这一特征使得所建模型既能较为真实地反映水合物形成与分解机理, 又能有效地考虑孔隙大小分布对水合物相平衡条件的影响. 通过与实验数据对比, 证明了所建模型的预测结果优于其他模型. 本模型在温度和压力条件确定的情况下还可以预测沉积物中水合物的饱和度, 因此, 可用于地层中水合物储量计算.     

Separating viscoelasticity and poroelasticity of gels with diferent length and time scales简

Viscoelasticity and poroelasticity commonly coexist as time-dependent behaviors in polymer gels. Engineering applications often require knowledge of both behaviors separated; however, few methods exist to decouple viscoelastic and poroelastic properties of gels. We propose a method capable of separating viscoelasticity and poroelasticity of gels in various mechanical tests. The viscoelastic char- acteristic time and the poroelastic diffusivity of a gel define an intrinsic material length scale of the gel. The experimen- tal setup gives a sample length scale, over which the solvent migrates in the gel. By setting the sample length to be much larger or smaller than the material length, the viscoelasticity and poroelasticity of the gel will dominate at different time scales in a test. Therefore, the viscoelastic and poroelastic properties of the gel can be probed separately at different time scales of the test. We further validate the method by finite-element models and stress-relaxation experiments.     

水湿储层水驱油微观驱替特征的网络模拟研究

应用逾渗理论,基于计算机随机建模方法,建立了水湿储层三维网络模型.模型的孔隙喉道半径采用截断式威布尔分布随机产生,通过与实际岩心相渗曲线的拟合,验证了模型的有效性.计算了形状因子、孔隙度、导流率等参数,为模拟过程提供基础数据.应用建立的网络模型,模拟了饱和油和水驱油两个驱替过程,分析了孔隙特性参数对相对渗透率及驱替效率的影响.结果表明:随着孔喉比的降低、配位数的增加、形状因子的增加(在一定范围内),水相渗透率降低,油相渗透率升高,残余油饱和度降低,驱替效率增大.与其他理想模型相比,模型可以更真实地研究油水两相流动特征.     

O2/CO2燃烧方式下Na元素对煤焦物化结构的影响

将低钠煤（H-煤）和高钠煤（Na-煤）分别在沉降炉中进行制焦实验,研究了钠对焦样的孔隙结构、碳微晶结构以及反应性的影响。研究表明,煤中钠含量增加后,在N₂气氛下,非灰基质失重率V^*会下降;而在CO₂气氛下,V^*却会升高。煤焦的碳化学有序度IG/I_All与V^*具有关联性,在有Na的催化时,其与反应性的关联性被破坏。焦的反应性主要由焦的孔隙结构和焦中Na的含量来确定,在动力控制区,Na的催化作用是引起焦反应性发生改变的主要因素。     

Rn原子等电子系列离子5f电子径向波函数的性态研究

基于HFR和LS-dependent(LS-D)的HFR自洽场方法,详细研究了Rn等电子系列离子的5f电子径向波函数的性态,分析了Rn等电子系列离子5f电子径向波函数的塌缩规律,并在此基础上进一步讨论了Rn等电子系列离子的nf(n≥6)波函数和5d10→5d9nf 1P(6≤n≤10)跃迁振子强度的变化规律。结果表明,5f波函数的蹋缩与谱相有强烈的依赖关系;5f波函数的部分塌缩引起Ra2+离子5d10→5d9nf 1P(6≤n≤10)跃迁振子强度的突增;5f波函数完全塌缩后,跃迁振子强度主要集中在5d10→ 5f 1P能级。     

一种孔隙介质力学模型及在水泥基材料的应用

基于细观力学和断裂力学的基本理论提出一个新的分析模型, 对孔隙介质的力学性能进行了分析. 依据孔隙介质内部孔隙的几何描述和状态参数,如孔隙率、形状、尺度及分布等,通过等效夹杂理论获得孔隙介质的等效本构方程,其最终变量为应力、应变和孔隙的形态参数. 根据断裂理论中材料承受载荷作用下破坏增长过程中的能量守恒,对孔隙介质变形过程中机械能、弹性应变能和载荷提供的势能进行分析, 根据能量守恒定律建立能量守恒方程,其最终变量也为应力、应变和孔隙的形态参数. 根据等效本构方程和能量守恒方程,获得孔隙介质承受载荷作用下的应力应变关系. 最后将该力学模型应用于水泥基材料,计算水泥基材料的力学性能并与文献中的结果进行对比分析,结果显示模型的计算结果准确有效.      

O_2/CO_2气氛燃煤半焦孔隙特性分析

在沉降炉上制备了不同燃烧气氛、不同燃尽程度的半焦,采用低温氮吸附仪和扫描电子显微镜测定了其孔隙结构和表面形态.结果表明,所取的半焦试样均具有完整且连续的孔结构体系;但在相同的操作条件下,O_2/CO_2气氛下半焦试样的孔结构参数及其分形维数均小于相同O_2浓度的O_2/N_2气氛下的情况;两种气氛下煤焦的燃尽过程中,孔隙结构参数(S_(BET)、V_(BJH)和d_(pore))随燃尽率的增加均呈减小趋势;SEM图像的定性分析结果与N_2吸附的定量测量吻合较好.研究结果为深入认识O_2/CO_2气氛下煤粉的孔隙结构与其燃烧特性的关系提供了基础.     

爆炸粉末烧结微孔隙塌缩沉能分析

 对爆炸粉末烧结过程中颗粒间的结合和沉能机制进行了分析,用反映微孔隙闭合的一维球对称塌缩模型对爆炸粉末烧结后期由微孔隙闭合引起的沉能现象进行了研究。在球对称塌缩一维流动的控制方程中引入传热项的影响,采用刚塑性假设并引入热粘塑性本构关系,利用有限差分法对球壳收缩过程中的温度分布进行了计算。结果表明：热传导的影响随孔隙尺度的变小而变大;球壳收缩过程中其内壁经历了从弹塑性体到流体的转变,其温升远高于其它部位的温升,其它部位较低的温度将对熔化的球心起到低温淬火作用。     

纳米孔隙聚合物光学薄膜透过率谱线的数值计算

用时域有限差分（Finite Difference Time Domain－FDTD）算法模拟了光从真空垂直入射到表面覆盖有一层纳米孔隙聚合物薄膜的玻璃介质,得到了在不同波长下的纳米孔隙薄膜的透过率谱线.将FDTD模拟结果的透过率谱线与理论谱线相对照,估算出了该薄膜的等效折射率.我们分别模拟了孔隙率为5%、10%、15%、20%和30%的薄膜,得到了它们的透过率谱线,而且利用这些谱线得到了它们不同的等效折射率值.文末给出了只有两层薄膜构成的纳米孔隙宽带增透薄膜的结构,而且利用FDTD算法模拟了光经过这种增透膜入射到玻璃介质的过程,结果显示这种增透膜在可见光波长范围的透过率高达99.5%.