薛东杰赵艾博刘奎昌侯孟冬付艳艳辛翠徐颜卓

中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083

“渗”这个字意味着液相或气相在固相的空隙中发生空间移动,尤其是多孔介质中,固相并非连续分布,不同尺度的孔裂隙互相交错并连通,为流相的渗透提供了几何空间。渗透、渗流和突渗是流相发生转移的不同层次,对应着安全和灾害的转换过程。自然界中渗透现象广泛存在,但当科学家开始研究其规律和内在本质时才发现,问题的层次性依然存在。如规律性的实验展示了在层流特定条件下,某些物理量之间存在着可基于类似Darcy 定律描述的线性关系。但是当渗透向渗流甚至突渗行为转变时,非线性带来的挑战困难得多,如Navier-Stokes 方程的理论求解成为历史难题;突变时的临界特征和临界力学理论仍处于建立之中。这些难点的解决需要观察视角的转换。“渗”意味着一种相互作用,液相在固相的空隙空间中发生转移,若在几何模型上将固相剔除,可获得空隙几何结构,理论上将空隙结构作为边界条件。基于Navier-Stokes 方程建立流体力学模型即可获得流动规律的求解,这种观察视角是不考虑固体力的相互作用,而是仅仅从几何约束的条件下考虑的。可见,相互作用尤其是力的相互作用在固相-液相间的描述常常是被忽略,而从几何约束的角度来体现相互作用,本质上是一种几何约束。

多孔介质的空隙结构几何复杂性远超人们想象,从……