渗流力学
课程编码：080104M05001H
英文名称：Mechanics of Underground Water Flow
课时：40
学分：2.00
课程属性：专业普及课
主讲教师：鲁晓兵等
教学目的要求
本课程是力学、工程力学及相关学科研究生的专业普及课。通过本课程的学习，使学生系统了解和掌握多孔介质渗流的基本知识与分析理论、渗流微分方程，以及复杂渗流问题的有限元方法和复杂定解条件的处理方法，学会采用理论和数值方法研究和分析复杂渗流问题。
预修课程
流体力学或水力学，高等数学，有限元方法
大纲内容
第一章 渗流的基础知识与定律 4学时 鲁晓兵
第1节 渗流力学的发展历史与发展趋势
第2节 地下油气资源与地下水资源
第3节 多孔介质
第4节 多孔介质中的流体
第5节 岩土体的水理性
第6节 渗流的基本概念与定律
第7节 非Darcy渗流
第二章 指标符号表示法 2学时 鲁晓兵
第1节 指标符号
第2节 求和约定
第3节 克罗内克(Kronecker )符号
第4节 排列符号
第5节 逗号指标符号
第6节 向量、张量及其坐标转换
第三章 流体渗流的基本数学模型 4学时 鲁晓兵
第1节 建立渗流数学模型的一般原则
第2节 单相渗流的运动方程
第3节 流体与多孔介质的状态方程
第4节 单相流体渗流的质量守恒方程
第5节 单相微可压缩流体渗流的偏微分方程
第6节 单相气体渗流的偏微分方程
第7节 定解条件
第四章 两相渗流理论 2学时 鲁晓兵
第1节 包含非饱和区的地下水渗流的数学模型
第2节 油水两相渗流的数学模型
第3节 油气两相渗流的数学模型
第五章 渗流的理论计算方法 2学时 吴梦喜
第1节 杜布依假定与二维潜水渗流的计算
第2节 二维承压水渗流的计算
第3节 潜水完整井的渗流计算
第4节 承压水完整井的渗流计算
第5节 求解线性定解问题的叠加原理
第六章 地下水渗流的有限元方法 4学时 吴梦喜
第1节 空间有限元离散
第2节 时间差分离散
第3节 边界条件的处理
第七章 地下水渗流有限元计算若干问题 2学时 吴梦喜
第1节 内部逸出面问题及其处理方法
第2节 降雨入渗边界的处理
第3节 模型范围与截断边界的处理
第4节 排水孔列的模拟
第八章 渗流与应力变形耦合分析理论及方法 2学时 吴梦喜
第1节 土体非饱和渗流与变形耦合的数学模型
第2节 土体非饱和渗流与变形耦合的有限元方程
第3节 岩土数值模拟相关问题的处理
第4节 土体渗流场与应力场耦合的简化计算方法
第九章 土的渗透变形与渗流破坏 4学时 吴梦喜
第1节 渗透变形的类型
第2节 单层砂砾石土渗透变形类型的判别方法
第3节 管涌临界坡降及其预测方法
第4节 滤层保护
第5节 管涌破坏实例解读
第十章 潜蚀的有限元动态模拟 4学时 吴梦喜
第1节 描述潜蚀动态过程的数学模型
第2节 求解潜蚀动态过程的有限元方法
第3节 坝基潜蚀发展计算分析
第十一章 地下水渗流工程分析实例-阿青水电站沥青心墙坝渗流分析与控制 2学时 吴梦喜
第1节 工程概况与渗流控制体系
第2节 渗流分析的任务与模型概化
第3节 计算结果比较与分析
第4节 敏感性分析
第十二章 流体的非等温渗流理论 3学时 吴梦喜
第1节 含油气地层的热力学性质
第2节 多孔介质中的传热方式
第3节 多孔介质中连续液相传热传质的描述
第十三章 多孔介质中的溶质迁移 3学时 吴梦喜
第1节 油气物理化学渗流与地下水污染问题
第2节 多孔介质中的溶质迁移机理
第3节 多孔介质中溶质迁移的对流-弥散方程
第4节 多孔介质中的吸附与解吸附作用
第5节 污染物在多孔介质中的衰减和转化作用
第6节 多孔介质中的非移动水效应
第7节 多孔介质多相多组分溶质的迁移方程
第8节 溶质在多孔介质中的迁移规律概述
参考书
课程教师信息
鲁晓兵：研究员。1999于中国科学院力学研究所获博士学位。1999年以来一直在力学研究所从事岩土力学和油气开发领域的研究工作。在低渗油藏物理、水合物开采、页岩气支撑剂输运和力学性质方面开展了系列的工作。作为负责人和主要参与人承担了国家重大专项子课题: “致密油流体赋存状态及开采过程中应力效应分析”；中石油重大科技攻关计划课题: “孔隙-裂隙网络模型与微观渗流研究”,国家重大科技专项子课题“水合物沉积物渗流力学及离心机模拟研究”；国家127专项子课题：“水合物分解的土力学响应及土层稳定性评价”等。目前相关研究成果发表国内外重要期刊论文60余篇，授权发明专利10余项。
吴梦喜：博士，男，1967年生。中国科学院力学研究所高级工程师，长期从事水利工程中的渗流、堆石坝应力变形和边坡稳定性问题的分析方法的研究，开发了利科有限元软件系统（LinkFEA）并用于分析水电站工程中的渗流、应力变形和边坡稳定。