武汉岩土所多相孔隙介质多场耦合有限元分析研究获进展

土质边坡稳定性分析、土石坝渗流控制、天然气水合物开采、地热资源利用、高放废物地下处置等众多工程领域，均涉及多相孔隙介质在变形、渗流、温度和化学等多场作用下的耦合问题。随着试验水平的提高和数值模拟技术的发展，多相孔隙介质多场耦合从理论到应用均有很大发展。然而，由于各个物理过程之间强烈的耦合作用，如何发展建立在严格科学基础上的多场耦合数学模型，合理地描述固体骨架的变形、孔隙流体的流动、热量的传递、组分物质的迁移与扩散、化学反应以及相变等多种过程，如何提高数值方法的稳定性和收敛速度，对高度非线性的耦合模型实现准确、稳定、高效地求解，仍是目前国内外岩土工程研究领域迫切需要解决的难题。

中国科学院武汉岩土力学研究所研究员韦昌富率领的科研团队致力于多相岩土介质力学与工程方面的研究，取得了以下进展：（1）提出一种高效的自适应松弛Picard迭代算法，该方法可以在保证计算精度的同时有效地减少数值震荡，提高收敛速度，在求解多场耦合问题的应用中取得了良好效果；（2）发展一种稳定高效的固液气全耦合有限元方法，并开发相应的计算程序，克服弹塑性问题耦合分析过程中存在的“虚假卸载”问题；（3）针对毛细滞回内变量模型，发展一种高效的数值积分方法，有效地提高计算精度，促进该模型的推广应用；（4）基于多孔介质多场耦合理论，推导针对天然气水合物分解效应的流固热化学耦合控制方程，发展全耦合的有限元计算方法，并开发相应的计算软件。

研究工作得到了国家自然科学基金重点项目、面上、青年基金以及岩土力学与工程国家重点实验室的资助，相关研究成果发表在International Journal for Numerical Methods in Engineering、《岩土力学》、《应用数学和力学》等期刊上。

标准Picard法、常系数松弛法和自适应松弛法的迭代收敛行为

非饱和地基加载过程三个监测点处三相和两相模型计算的孔压随时间的变化

毛细滞回问题不同方法模拟结果与试验结果比较

　　钻井30min后水合物储层内各物理场的分布(a)孔隙水压力(b)温度(c)水合物饱和度(d)甲烷饱和度(e)水的饱和度(f)径向位移