多孔弹性

     流体   多孔弹性 

多孔弹性定义

“多孔弹性”是用来描述多孔介质中的流体流动与固体变形之间相互作用的术语。顾名思义,多孔材料 是由孔道或空隙组成的固体结构。这种类型的材料通常是天然物体,如固体岩石或者是生物组织、泡沫、陶瓷和纸制品等。

当有一个外部载荷作用在某个多孔介质之上时,其中的孔隙的体积分数就会受到影响。在这种机械应力的作用下,充满流体的孔隙会经受压力的变化,进而致使流体发生运动。随着孔隙体积的变化,这一固体材料就会发生相应的位置偏移和弹性变形。

从左侧到右侧的图分别显示了两年、五年、十年后的沉积物位移。 从左侧到右侧的图分别显示了两年、五年、十年后的沉积物位移。

Biot 多孔弹性:图片显示的是十年来的沉积物位移的变化。

多孔材料中的流体流动模型

要对多孔弹性进行建模,就需要把两条定律结合起来。其中的第一条定律就是达西定律;达西定律描述的是多孔介质内的流体运动与压力的关系。根据这一定律,流体的速度,与在一个给定距离上的压力差、流体的粘性属性以及该多孔材料破坏流动的能力直接成正比的关系。第二条定律则是关于多孔基体的结构位移。Biot 多孔弹性 描述的就是这种耦合的物理场。

现实应用

以储油层为例。孔隙中的压力会随着流体的抽出而减小,而孔隙压力的减小就会使流体产生运动。这就降低了原位 应力,导致储油层上方的覆盖层逐渐变形,进而导致地层塌陷或下沉。这一过程被称为下陷。如图所示,随着时间的推移,多孔材料的变形程度不断加深,变得更为明显了。