饱和破碎岩体非达西渗流的非线性动力学建模与分析

"该研究是关于破碎岩体非达西渗流的非线性动力学分析，主要探讨了饱和破碎岩体中非达西渗流的流固耦合现象及其动力学模型。通过运用有效应力原理，建立了相应的数学模型，并对一维解耦动力学方程进行了无量纲变换。采用逐次亚松弛迭代法求解，得出了孔隙压力和渗流速度的时间序列，进而分析了系统的动力学响应和相轨线图案。研究发现，渗流速度时间序列存在周期2轨道，而系统在非线性项参数增加或远离平衡态时可能会发生渐进失稳，这可能导致水渗流动力灾害。该研究得到了国家杰出青年科学基金和江苏省自然科学基金的支持。" 在这篇论文中，作者首先介绍了非达西渗流在破碎岩体中的特殊性，这种渗流现象不同于经典达西定律所描述的线性关系，而是表现出明显的非线性特征。由于破碎岩体的特性，其内部孔隙结构复杂，因此需要考虑流体与岩石骨架之间的相互作用，即流固耦合效应。基于多孔介质的有效应力原理，作者构建了一个能描述这种现象的非线性动力学模型。 接下来，为了简化问题，作者对一维解耦动力学方程进行了无量纲化处理，这是数值计算中常用的方法，可以减少计算的复杂性并揭示物理过程的本质。通过逐次亚松弛迭代法，他们解决了这个复杂的非线性方程组，得到了孔隙压力和渗流速度随时间变化的序列。这种方法是一种迭代技术，能够逐步接近系统的平衡状态。 通过对不同控制参数（如非线性项参数）的分析，作者发现渗流速度的时间序列呈现出周期性的行为，尤其是存在周期2轨道。这意味着在某些条件下，系统的动态行为会呈现出明确的周期性模式。然而，当非线性项参数增大或者系统远离平衡态时，系统的稳定性会逐渐丧失，可能会触发水渗流动力灾害，这是一个重要的工程安全问题，对于地下工程如矿山开采、隧道建设等具有实际意义。 这项研究不仅提供了理论分析方法，还揭示了破碎岩体非达西渗流动力学的新特性，为预测和防止水动力灾害提供了理论基础。同时，该研究也强调了对破碎岩体非线性动力学模型深入理解和应用的重要性，为进一步的实验验证和实际工程应用提供了指导。