用于水力压裂中流固耦合的非局部模型

对与流动引起的损伤（在水力压裂等背景下）相关的重要工程问题进行建模，关键取决于对多孔介质与间隙流体流动之间相互作用的表征。本文提出了一种新的公式，将孔隙压力效应纳入固体力学的一种非局部表示中。其结果是一个用于建模流固耦合问题的框架，具有基于积分公式的捕捉不连续性的优势。许多数值算例表明，所提出的公式可用于测量水力压裂过程中流体滤失的影响，以及模拟流体饱和岩石的固结和从地质储层中提取流体引起的地表沉降。该公式以适合非线性材料的方式将孔隙压力效应纳入多孔材料的本构描述中，易于在现有代码中实现，计算直接（无历史依赖性），且可从第一性原理证明其合理性。本文使用了混合物理论方法（仅在必要处略有偏离），基于流体孔隙压力对近场动力学压力项的修改进行了论证。所得公式与 Terzaghi 和 Biot 提出的有效应力原理有许多相似之处，并且展示了所提出的方法与经典有效应力原理之间的密切对应关系。