裂隙介質
關注創建者：zzr2019 創建時間：2021-11-12
裂隙介質的視頻教程
COMSOL中實現煤層瓦斯運移系列課程
本文改進已有的單孔介質模型的滲透率，適應于煤體雙重孔隙-裂隙介質模型。采用PDE模塊對煤基質中瓦斯擴散、煤體變形控制進行處理，采用達西接口處理裂隙滲流方程。
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裂隙介質的實例教程
<ul><li class="ql-align-justify">研究目的：利用COMSOL Multiphysics 軟件建立了受注礫巖層的孔隙－單裂隙介質數值模型，分析了帷幕墻的注漿效果。</li><li class="ql-align-justify">模型簡介：將注漿層位礫巖含水層視為孔隙－單裂隙介質，建立40 m×30 m 的孔隙－單裂隙介質數值模型，布置1 個注漿孔和一條單裂隙。單裂隙長度為20 m，裂隙開度為5 mm，注漿孔孔口設置為定壓力邊界，注漿孔直徑為152 mm。模型上下邊界為無流動邊界，左右邊界為定水頭邊界。</li><li class="ql-align-justify">計算參數：孔隙介質的滲透率為k = 4. 071 ×10E-12m2。礫巖物理力學性質測試實驗中得到其孔隙率為18. 5%，故數值模型中取孔隙介質的孔隙率為15%。按照現場注漿壓力的范圍，數值模型中的注漿壓力p 分別取5MPa，根據注漿層位礫巖含水層的埋深情況，模型的靜水壓力p0取2. 0 MPa。
展開 針對裂隙多孔介質流體注入引起天然裂隙的激活，巖石產生新損傷形成水力裂縫，本案例建立了裂隙多孔介質流固耦合-損傷模型，實現如下功能：
（1）采用comsol with matlab建立隨機天然裂隙網絡幾何模型；
（2）針對天然裂隙，建立裂隙模型，考慮其變形過程對裂縫寬度和滲透率的影響，可得到裂隙寬度分布；
（3）考慮損傷演化過程和流固耦合作用，巖石孔隙度和滲透率隨著損傷和應力大小變化；
（4）可用于分析水力裂隙擴展以及壓后滲透率改變等。
部分結果圖：
幾何模型
Mises stress分布
Pressure分布
Damage分布
Fracture width分布
參考文獻：
Qinghua Lei. Modelling fluid injection-induced fracture activation, damage growth, seismicity occurrence and connectivity change in naturally fractured rocks. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 138 (2021) 104598.
展開 裂隙多孔介質流固耦合-損傷模型
comsol-水力壓裂巖石損傷耦合模型 ，含裂縫制作代碼matlab。
comsol HM耦合模型 損傷模型 裂隙多孔介質注入流體引起天然裂隙，巖石產生新損傷的數值模擬，內含MATLAB 網裂縫函數及comsol模型。
今天，來自蘇黎世聯邦理工學院的特邀博主雷清華博士將與我們一起討論一種新的模擬裂隙介質中全耦合流體力學過程的方法。
理解裂隙地質介質中固體變形與流體流動之間的相互作用，對于解決地球科學和巖土工程中的許多核心問題，例如地下挖掘、油氣開采、碳封存、地熱生產和廢物處理，具有重要的意義。本文描述了一種使用COMSOL Multiphysics? 軟件模擬裂隙介質中全耦合流體力學過程的新方法。
為什么使用 COMSOL Multiphysics? 進行流體力學仿真?
一般來說，模擬裂隙介質中的耦合流體力學過程存在兩個主要挑戰。一個是內含大量的天然裂隙的地質介質的不連續性的表征，這些裂隙普遍存在許多不同的長度尺度，并經常主導系統的整體行為（參考文獻 2）。另一個是流體力學耦合機理的計算，包括直接耦合（即固體和流體場之間的相互作用）和間接耦合（即巖石/裂隙性質的改變）。
在過去的幾年中，科研人員已經開發了大量旨在應對這些挑戰的商業軟件包和開源研究代碼。然而，其中大多數必須使用不同的求解器來計算流體和固體方程，因此必須通過額外的處理步驟來實現耦合，既不方便也不高效。此外，大多數現有代碼無法真正同時表征直接耦合和間接耦合，因此通常必須進行假設或簡化。
展開 本篇案例展示了多孔介質的中裂隙流仿真過程，此案例適用于對污染物（包括放射性材料）在地下的流動和傳遞感興趣的用戶，還適用于石油公司，這些公司往往需要研究通過裂隙流入油井的快速流動和通過巖石或土壤中顆粒之間小孔隙流入油井的緩慢流動。模擬結果展示如下：
感興趣的朋友可加我交流模型。Q：172497934，群1:743937736，群2：858277810。
裂隙介質的最新內容
裂隙介質的流動特性與均質介質顯著不同，裂隙的分布、連通性和幾何形態對流體流動有著決定性的影響。本案例介紹在COMSOL內建立復雜的圓片裂隙網絡模型，并模擬流體穿過裂隙時的流體流動行為。
圓片狀裂隙模型可采用CAD纖維密堆積3D插件建立，模型的參數設置如圖所示。
裂隙多孔介質流固耦合-損傷模型
comsol-水力壓裂巖石損傷耦合模型 ，含裂縫制作代碼matlab。
comsol HM耦合模型 損傷模型 裂隙多孔介質注入流體引起天然裂隙，巖石產生新損傷的數值模擬，內含MATLAB 網裂縫函數及comsol模型。
<ul><li class="ql-align-justify">研究目的：利用COMSOL Multiphysics 軟件建立了受注礫巖層的孔隙－單裂隙介質數值模型，分析了帷幕墻的注漿效果。</li><li class="ql-align-justify">模型簡介：將注漿層位礫巖含水層視為孔隙－單裂隙介質，建立40 m×30 m 的孔隙－單裂隙介質數值模型，布置1 個注漿孔和一條單裂隙。
今天，來自蘇黎世聯邦理工學院的特邀博主雷清華博士將與我們一起討論一種新的模擬裂隙介質中全耦合流體力學過程的方法。
理解裂隙地質介質中固體變形與流體流動之間的相互作用，對于解決地球科學和巖土工程中的許多核心問題，例如地下挖掘、油氣開采、碳封存、地熱生產和廢物處理，具有重要的意義。
塑性破壞后的煤體被視為具有較小基質和較多裂隙的彈性介質，如圖1（a）所示。(3)煤體是具有孔隙的雙重連續介質。自由氣體被認為是理想狀態氣體。(4)吸附氣和游離氣主要存在于孔隙和裂隙中，而水僅存在于裂隙中并在裂隙中運移，氣體和水的輸運過程如圖1（b）所示。(5)氣體的擴散過程服從菲克擴散定律，氣體和水的滲流過程服從達西定律。(6)拉應力為正，壓應力為負。
巖體的滲流問題，實質上是通過裂隙介質的水的流動問題，要正確計算上述三項指標是比較困難的，只能作近似計算。對于某些松散的巖體，以及節理裂隙發育且無規律的巖體，也可視為多孔介質進行計算。
對于十分重要或地質條件復雜的水利水電樞紐，宜選取足夠大的滲流域，進行樞紐壩區的三維滲流計算，確保滿足上述三項指標。
以碳酸鹽巖儲層為例，同一儲層中，存在微細的孔隙裂隙多孔介質，也存在其尺寸達數個、數十個和數百個毫米的大縫和大洞，還存在長寬高各為數十米、甚至長達百來米的廳堂型的巨型洞穴。洞穴和裂縫內某處可能基本無充填，某處可能充填各種尺寸、粗細不等的顆粒物。顯然，這里的流動既有滲流，還有縫流和洞穴流，而且各類介質和各種流動交相穿插、雜亂銜接。
太沙基的有效應力方程是針對單孔隙提出的，而對于像煤層這些雙重孔隙/裂隙介質的多孔介質而言，需要作出一些修正，如式(4)。式(4)中考慮了基質中孔壓與裂隙中孔壓對有效應力的影響。對于流固耦合問題，便是討論有效應力下的變形控制方程，這樣便考慮到孔壓對固體變形的影響。將式(3)帶入到式(2)得到，得到考慮流固耦合的張量形式，如式(5)。
針對裂隙多孔介質流體注入引起天然裂隙的激活，巖石產生新損傷形成水力裂縫，本案例建立了裂隙多孔介質流固耦合-損傷模型，實現如下功能：
（1）采用comsol with matlab建立隨機天然裂隙網絡幾何模型；
（2）針對天然裂隙，建立裂隙模型，考慮其變形過程對裂縫寬度和滲透率的影響，可得到裂隙寬度分布；
（3）考慮損傷演化過程和流固耦合作用，巖石孔隙度和滲透率隨著損傷和應力大小變化
常見的煤體模型為雙重孔隙—裂隙介質，在假設過程中，基質系統與裂隙系統的幾何模型重合，即基質與裂隙共用一個幾何模型。本案列嘗試將基質與裂隙分開(模型1），并與基質、裂隙重合時的模型(模型2）進行比較。
