裂隙介质水动力学原理

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出版者:高等教育
作者:周志芳
出品人:
页数:392
译者:
出版时间:2007-1
价格:38.80元
装帧:平装
isbn号码:9787040205268
丛书系列:
图书标签:
  • 地下水
  • 模拟
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  • 水动力学
  • 裂隙介质
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  • 岩石力学
  • 渗流力学
  • 数值模拟
  • 水文地质
  • 工程地质
  • 多孔介质
  • 流固耦合
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具体描述

《裂隙介质水动力学原理(研究生教学用书)》主要内容:论述了裂隙介质的特征,结构面、岩体及地质体的透水性,裂隙介质地下水运动的基本定律、井流问题、裂隙介质模型等;结合工程实际介绍了裂隙介质水动力现场试验和参数确定方法以及裂隙介质地下水数值模拟方法等。

好的,请看以下图书简介: 《多孔介质中的流体流动与传质:理论、模型与应用》 本书导读: 本书深入探讨了在复杂多孔介质环境中,流体(液体、气体、蒸汽等)的运移、交换以及其中物质(如污染物、溶解气体、热量)的传输过程。全书聚焦于介质结构对宏观流动行为的影响,旨在构建一个连接微观孔隙尺度特征与宏观工程尺度现象的理论框架。我们立足于经典的达西定律和菲克定律,并在此基础上扩展到更具挑战性的非均质、非线性以及多相流动的复杂系统。 第一篇:多孔介质的结构与描述 本篇为理解后续流动与传输模型奠定基础。我们首先从微观角度审视多孔介质的孔隙结构,涵盖颗粒尺寸分布、孔隙度、连通性以及比表面积等关键参数的表征方法。随后,本书详细阐述了描述多孔介质几何形态的几种主流空间函数,包括孔径分布函数和颗粒形状因子。 在描述工具方面,重点介绍了随机几何模型、结构函数分析(如孔隙网络模型的前身)以及层析成像技术在揭示介质内部结构信息中的应用。通过对介质骨架的理解,我们进而引出了宏观有效参数的意义,例如如何通过实验和数值方法确定介质的渗透率张量,以及有效扩散系数在不同尺度下的行为差异。特别地,本篇对介质骨架的变形与应力响应进行了基础性的讨论,为后续涉及固-液相互作用的流态分析做了铺垫。 第二篇:单相流体的宏观与微观流动机制 第二篇集中于单相流体在多孔介质中的运动规律。在低速、粘滞流动的经典范畴内,本书系统梳理了达西定律的理论推导、适用范围及其限制。详细分析了孔隙尺度效应,尤其是在孔隙尺寸接近流体特征长度尺度时的修正模型,如布雷克-奥默曼(Brinkman)修正项的引入条件。 对于高流速情况,本书超越了达西流动,深入研究了惯性效应的引入,如Forchheimer方程的建立与参数辨识。此外,我们探讨了介质孔隙度变化对渗透率的影响,特别是介质在压力驱动下的压缩性(或膨胀性)导致的渗透率非线性变化。在高级主题中,本书还引入了黏弹性流体在多孔介质中的流动规律,分析了剪切稀化或剪切增稠行为如何影响介质的宏观传输阻力。 第三篇:多相流体的界面现象与传输 多相流体是水文地质、石油工程和环境修复中的核心挑战。第三篇系统地构建了描述两相(气-液、油-水)或三相流动的基本框架。本书从界面张力、毛细压力以及润湿性这三个核心概念入手,解释了流体在不同孔隙中的相分配规律。 我们详细讨论了Brooks-Corey、Van Genuchten等经典的毛细压力-饱和度关系模型,并结合实验数据验证了其适用性。在流动模型方面,Buckley-Leverage模型及其修正形式被用作分析驱替过程的理论基础。重点分析了非均匀介质中毛细力与重力、压力梯度之间的竞争关系,尤其是在垂直或倾斜地层中的饱和度分布特征。对于气液两相流,扩散与溶解现象被纳入考虑,分析了气体逸出或溶解对流动潜势的影响。 第四篇:介质内的传质过程与耦合效应 第四篇聚焦于物质(溶质、热量)的传输机制,这是理解环境污染迁移和资源开采过程的关键。本书首先区分了对流、扩散和反应这三种主要的传质方式。在扩散方面,深入探讨了介质结构对有效扩散系数的影响,并详细阐述了“束缚水”或“滞后效应”在传质过程中的角色,这与传统的Fick定律存在显著差异。 对于溶质迁移,本书构建了基于守恒方程的对流-分散模型,对纵向和横向弥散系数的各向异性进行了深入分析。对于反应性污染物,我们引入了动力学反应项,探讨了吸附、解吸附以及生物降解过程对污染物前锋面的形态影响。 耦合效应是本书的另一大亮点。我们详细分析了热力耦合(热流导致的孔隙度变化、粘度变化)与化学耦合(化学反应导致矿物沉淀或溶解,进而改变孔隙结构)的机制。特别是,针对温度梯度驱动的流体运动(例如Soret效应),本书提供了详细的数学描述和实例分析。 第五篇:高级模型与数值求解技术 本篇面向实际工程应用,介绍了求解复杂多孔介质流动与传质方程的数值方法。我们详细讲解了有限差分法(FDM)、有限元法(FEM)在处理复杂边界条件和非均质介质时的优势与局限性。 重点介绍了孔隙网络模型(Pore Network Modeling, PNM)在模拟介质微观尺度的非均质性流动和界面迁移方面的能力,并讨论了如何将PNM的结果映射到宏观的连续介质模型中。对于高度非线性和瞬态问题,本书讨论了时间离散化技术,例如隐式与显式方法的选择原则。 最后,本书提供了多个基于实际案例的数值模拟实例,涵盖了地下水污染羽流的预测、地热开采中的热量迁移评估,以及土壤干燥过程中的水分运动分析,旨在为读者提供一套完整的理论指导与工程实践相结合的工具。 本书特色: 本书内容严谨、覆盖面广,不仅涵盖了经典理论,更深入探讨了现代研究前沿中涉及的多孔介质多物理场耦合问题。行文逻辑清晰,结构层次分明,非常适合地质工程、水利工程、环境科学、化学工程以及材料科学等领域的本科高年级学生、研究生以及专业研究人员和工程师作为核心参考教材或专业手册。通过阅读本书,读者将能够系统掌握理解和模拟复杂多孔介质中流体动力学和传质过程所需的全部理论基础和应用技术。

作者简介

目录信息

第一章 绪论
第二章 裂隙介质水动力理论基础
2.1 岩体的裂隙性
2.2 结构面的几何特征与模拟
2.3 地质体的透水性
2.4 流体运动的描述方法
2.5 岩体渗透规律及渗透系数张量
2.6 裂隙介质渗透的多尺度特性
第三章 裂隙介质模型
3.1 概述
3.2 地下水流系统模型
3.3 岩体地下水动力模型
3.4 连续介质模型
3.5 网络裂隙介质模型
第四章 裂隙介质井流计算
4.1 概述
4.2 承压水平面井流计算
4.3 承压水三维井流计算
4.4 潜水三维井流的Neuman解
第五章 裂隙介质水动力学若干专门问题
5.1 概述
5.2 裂隙介质多相流
5.3 裂隙介质热量运移
5.4 裂隙介质水化学场
5.5 裂隙介质多场耦合
第六章 裂隙介质地下水运动数值模拟
6.1 概述
6.2 二维数值模拟
6.3 三维数值模拟
6.4 数值模拟中若干问题的处理
6.5 工程实例
第七章 裂隙介质中的水力和示踪试验
7.1 概述
7.2 裂隙介质中的单孔水力试验
7.3 裂隙介质中的群(多)孔水力试验
7.4 裂隙岩体中的示踪试验
7.5 裂隙介质地下水流数值试验
参考文献
附录一 中英文名词对照
附录二 符号与量纲
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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当我翻开《裂隙介质水动力学原理》这本书时,我并没有抱着能立刻“精通”这个领域的期望,而是希望能借此机会,对裂隙介质中的水流有一个初步的、系统的认识。令我惊喜的是,这本书远远超出了我的预期。作者在讲解“裂隙网络的渗流方程”时,并没有直接给出复杂的偏微分方程,而是从最基本的物理原理出发,逐步推导出相关的方程,并且详细解释了每个参数的物理意义。我特别喜欢书中关于“水力连通性指数”的介绍。作者通过分析裂隙网络的拓扑结构,引入了一些量化的指标来描述裂隙网络的连通性,这让我能够更直观地理解不同裂隙网络对地下水流的影响。书中还提供了大量的实例,比如在岩溶地区,由于裂隙发育且连通性好,地下水的流速非常快,而在一些构造破碎带,即使裂隙很多,但由于连通性差,地下水的流动也受到很大的限制。这种基于实际观测的分析,让我对理论知识有了更深刻的理解。此外,书中关于“非饱和裂隙介质中的水流”的讨论,也让我认识到地下水运动的复杂性。在非饱和条件下,水流不仅受到重力和压力的影响,还受到土壤颗粒间的表面吸附力的影响,这使得水流行为变得更加复杂。这本书让我看到了裂隙介质水动力学研究的广度和深度,也激发了我对这个领域的进一步探索的兴趣。

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初拿到《裂隙介质水动力学原理》这本书,我心中是既期待又忐忑的。期待的是,它承诺将我带入一个我一直以来都充满好奇却又感到扑朔迷离的领域——裂隙介质中的水流。想象中,这本书应该会像一把钥匙,解开岩石深处隐藏的复杂水动力学奥秘。忐忑则源于我对这个专业术语本身的不熟悉,以及担心自己是否真的有能力去理解那些高度抽象和专业化的概念。然而,翻开第一页,我就被它严谨又不失引导性的文字所吸引。作者并没有一开始就抛出艰深的公式和理论,而是从裂隙介质的基本概念入手,详细阐述了什么是裂隙,它们是如何形成的,以及在地下环境中扮演怎样的角色。这部分内容对于我这样一个初学者来说,简直是雪中送炭。它不仅仅是定义,更是一种对地质现象的细致观察和科学归纳,让我能够建立起对裂隙介质宏观层面的基本认识。随后,书中开始深入探讨不同类型的裂隙(例如,节理、断层、溶洞等)对地下水流动的影响,并给出了具体的案例分析,这让原本抽象的概念变得生动起来。比如,在分析断层带的水力特性时,书中详细描述了断层活动过程中可能形成的破碎带和充填物,以及这些因素如何改变了原本连续岩体的渗透性,从而影响地下水的流动路径和速度。作者还巧妙地引入了一些经典的实验数据和模拟结果,这些直观的呈现方式,让我能够更好地理解理论是如何与实际观测相结合的。整本书的叙事逻辑清晰,从宏观到微观,从定性到定量,循序渐进,仿佛有一位经验丰富的老师在身边耐心讲解。即使遇到一些复杂的公式,作者也会通过图示或者类比来辅助解释,让我能够逐步消化和吸收。对于想要深入了解地下水动力学,尤其是在复杂地质构造环境下,这本书无疑是一个绝佳的起点。它不仅填补了我知识上的空白,更点燃了我对这个领域进一步探索的热情。

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读完《裂隙介质水动力学原理》,我最大的感受是,这本书将一个原本我以为非常“硬核”的学科,讲得既深刻又充满趣味。作者在阐述基本原理时,非常注重理论与实际的结合。我记得书中在讲解“裂隙网络的渗流模型”时,作者不仅仅列举了各种数学模型,还详细介绍了这些模型是如何在实际工程中应用的,比如在地下水资源的勘探与开发、地热资源的评价、水利工程的渗漏分析等等。他用通俗易懂的语言,解释了这些复杂模型背后的逻辑,并配以大量的图表和实例,让我能够清晰地理解每一种模型是如何描述裂隙介质中的水流行为的。书中对“水力连通性”的强调,也给我留下了深刻的印象。作者指出,仅仅有裂隙的存在并不能保证良好的水力连通性,裂隙的形态、分布、以及它们之间的相互连接方式,才是决定水流能否有效传递的关键。他通过模拟实验和实际案例,展示了不同连通性模式下地下水的流动差异,这让我对地下水系统的复杂性有了全新的认识。我尤其喜欢书中关于“裂隙面的粗糙度和填充物对渗流的影响”的章节。作者详细分析了这些微观因素是如何影响裂隙的有效流通面积和阻力,从而改变整体的水力特性。这种深入到细节的分析,体现了作者严谨的科学态度和扎实的专业功底。整本书的结构清晰,逻辑严谨,语言流畅,既有理论深度,又不失实践指导意义,是一本非常值得推荐的专业书籍。

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这本书带给我的,不仅仅是知识上的增益,更是一种思维方式的转变。在阅读《裂隙介质水动力学原理》之前,我对地下水的认知,更多地停留在“地下有水”这个层面,对其如何流动,如何受地质条件影响,几乎是一无所知。而这本书,则像一位向导,带领我深入地下,去探索那片隐藏的世界。我尤其欣赏书中关于“裂隙的几何形态对水动力特性的影响”的章节。作者详细阐述了裂隙的长度、宽度、张开度、走向、倾角以及它们的空间分布规律,是如何共同决定了岩体的整体渗透性和水流的优先通道。他通过大量的实例,比如断层带、节理发育区,来展示这些几何特征对地下水流的直接影响。书中还引入了“等效连续介质模型”的概念,并详细解释了如何在宏观上将复杂的裂隙网络等效为一个具有均匀渗透性的连续介质,以及这种等效的合理性和局限性。这一点让我耳目一新,原来看似不规则的裂隙,也可以被抽象和简化,从而进行有效的分析和预测。这种化繁为简的能力,在科学研究和工程应用中都至关重要。此外,书中对于“裂隙岩体的水力连通性”的讨论,让我更加深入地理解了地下水系统的复杂性。它不仅仅是关于单个裂隙的水流,更是关于整个裂隙网络中各个裂隙之间如何相互作用,如何形成一个统一的水动力系统。这本书让我学会了从更宏观、更系统的角度去思考地下水问题,不再局限于点或线的思维,而是看到了一个 interconnected 的整体。

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我一直认为,一本真正优秀的书,不仅仅在于它传达了多少知识,更在于它如何激发起读者的思考和想象。《裂隙介质水动力学原理》无疑做到了这一点。当读到关于裂隙网络模型的部分时,我仿佛置身于一个巨大的地下迷宫,感受着水分子在其中错综复杂的穿梭。书中对于不同裂隙网络模型(如离散裂隙网络模型、连续介质模型等)的介绍,以及它们各自的优缺点和适用范围,让我大开眼界。我特别欣赏书中对于这些模型背后的数学原理的深入剖析,以及如何通过这些模型来预测地下水的流动方向、速度和分布。作者并没有止步于理论的陈述,而是结合大量的实际工程案例,比如地下水资源评价、地下工程渗漏分析、地热开发等,来展示这些模型的实际应用价值。我记得书中有一个关于核废料处置库选址的案例,详细阐述了如何利用裂隙介质水动力学原理来评估地下水的迁移能力,从而判断候选场地的安全性。这个案例让我深刻体会到,看似微不足道的裂隙,在宏观层面却能对人类的重大决策产生如此深远的影响。书中对于如何构建和求解这些模型的技术细节也进行了详尽的描述,包括数值方法的选择、离散化技术的应用等等。虽然有些部分对我来说仍然具有一定的挑战性,但我能感受到作者的用心,他试图用最清晰的方式,将最前沿的理论和技术呈现给读者。这本书让我认识到,水动力学并非仅仅是关于水在管道中的流动,它更是一门与地质、工程、环境紧密相连的综合性学科。它不仅提升了我对地下水系统的理解,更拓宽了我看待问题的视野,让我开始思考人类活动如何与地下水环境相互作用,以及如何才能实现可持续的水资源利用。

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在我看来,《裂隙介质水动力学原理》这本书最大的亮点在于其“多维度”的视角。它并没有仅仅停留在理论层面,而是将理论、模型、试验、案例研究等多个方面融为一体,构成了一个完整的知识体系。我印象最深刻的是书中关于“裂隙介质中的多相流”的章节。虽然这个部分的内容相对复杂,但作者通过引入一些基础的物理概念,比如表面张力、毛管力等,并且结合一些常见的地质现象,比如土壤中的水分迁移、油气在地下层中的运移等,来帮助读者理解多相流在裂隙介质中的独特性质。书中还详细介绍了各种数值模拟方法,用于求解复杂的多相流问题,并且给出了相应的案例分析,让我能够看到这些抽象的模型是如何应用于解决实际问题的。此外,书中对于“裂隙的演化与水动力特性的变化”的讨论,也让我受益匪浅。作者指出,裂隙并非一成不变,它们会随着地应力的变化、流体的侵蚀、以及沉积物的充填等因素而发生演化,而这些演化又会反过来影响地下水的流动。这种动态的视角,让我认识到地下水系统是一个不断变化的复杂系统,需要动态地去研究和管理。整本书的论述详实而深入,涵盖了裂隙介质水动力学领域的多个重要方面,并且在理论和实践之间找到了完美的平衡,是一本不可多得的专业参考书。

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这本书给我的最大感受,就是它非常“接地气”。尽管“裂隙介质水动力学原理”这个书名听起来就充满了学术气息,但作者的写作方式却非常贴近实际应用,并且充满了对工程实践的深刻洞察。我尤其对书中关于裂隙渗透性评价的部分印象深刻。作者详细介绍了多种评价方法,从室内试验(如岩芯渗透试验、裂隙渗流试验)到现场试验(如抽水试验、注水试验),再到基于地质勘探数据的数值模拟,每一种方法都进行了详尽的阐述,包括其原理、操作步骤、优缺点以及适用条件。书中还提供了大量不同类型岩石裂隙渗透性的实测数据,这些数据让我能够直观地感受到裂隙对岩体渗透性的巨大影响。我记得书中有一个例子,比较了同一地区两种不同类型裂隙岩体的渗透系数,后者是前者的几百甚至上千倍,这让我对裂隙的重要性有了更深刻的认识。此外,书中对于复杂裂隙系统(例如,非饱和裂隙介质中的水流、多相流在裂隙介质中的运移等)的讨论,也让我看到了这个领域的前沿和挑战。作者并没有回避这些复杂的问题,而是尝试给出一些可能的解决方案和研究方向,这对于正在从事相关研究或者工作的专业人士来说,无疑具有重要的参考价值。整本书的论述严谨而扎实,每一句话、每一个公式、每一个图表都经过了精心的推敲,充满了科学的严谨性和实践的指导性。它不仅是一本教科书,更是一本实用指南,能够帮助读者解决实际工程中遇到的问题。

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《裂隙介质水动力学原理》这本书,给我最直观的感受就是它的“全息性”。它不仅仅关注裂隙介质本身的水流规律,更将其置于更广阔的地质、环境、工程背景下进行考察。我特别欣赏书中关于“裂隙介质的孔隙率与渗透率关系”的探讨。作者并没有简单地认为孔隙率越高,渗透率就一定越高,而是详细分析了孔隙的形状、连通性以及裂隙的存在如何影响这种关系。他通过大量数据和图表,展示了在裂隙介质中,即使孔隙率不高,但如果裂隙发育且连通性好,渗透率也可以非常高。这种细致的分析,让我对孔隙率和渗透率这两个基本概念有了更深刻的理解。书中还详细介绍了“基于遥感和地球物理勘探数据反演裂隙介质水动力参数”的方法。作者利用了大量的实际案例,展示了如何通过遥感影像、地震勘探、电阻率测量等手段,来识别和评价地下裂隙的发育情况,并进一步反演裂隙介质的水动力参数。这让我看到了现代科技在裂隙介质水动力学研究中的巨大作用。此外,书中关于“裂隙介质中地下水资源评价与管理”的讨论,也让我看到了这个学科的实际应用价值。作者详细分析了如何利用裂隙介质水动力学原理,对地下水资源进行勘探、评价和合理开发利用,这对于解决水资源短缺问题具有重要的意义。整本书的论述详实而深入,涵盖了裂隙介质水动力学领域的多个重要方面,并且在理论与实践之间找到了完美的平衡,是一本不可多得的专业参考书。

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在阅读《裂隙介质水动力学原理》的过程中,我最深刻的体会是,作者在将枯燥的科学理论转化为生动可感的知识方面,做得非常出色。这本书的内容并非仅仅是冰冷的公式和抽象的概念堆砌,而是通过一个个鲜活的案例,一个个细致的图解,将裂隙介质中复杂的水流行为展现得淋漓尽致。我记得书中在讲解“达西定律在裂隙介质中的应用”时,并没有直接给出复杂的数学推导,而是从宏观的渗流现象入手,通过类比,比如水在海绵中渗透的过程,来帮助读者建立起直观的理解。随后,再逐步引入达西定律的数学表达式,并详细解释了渗透系数、水力梯度等关键参数的物理意义。更让我惊喜的是,书中还讨论了达西定律的局限性,以及在非线性渗流、非均质介质等情况下的修正和扩展。这种循序渐进、由浅入深的学习方式,让原本令人生畏的物理学概念变得触手可及。书中大量的图示,比如不同裂隙形态对水流路径的影响、裂隙网络的水力连通性示意图等等,都起到了至关重要的作用。它们不仅仅是理论的补充,更是视觉化的解释,帮助我将抽象的文字描述转化为清晰的图像。我个人尤其喜欢书中关于“裂隙的连通性”的讨论,作者通过模拟和分析,展示了即使是在一个看似充满裂隙的岩体中,也可能存在水力连通性差的区域,而这些区域往往对地下水的补给和排泄有着重要的影响。这本书让我意识到,理解裂隙介质水动力学,不仅仅是掌握一门技术,更是一种观察和理解地下世界的方式。

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阅读《裂隙介质水动力学原理》的过程,就像是在进行一次深入的地下探险。作者以严谨而富有逻辑的笔触,引导读者一步步揭开裂隙介质中水流的神秘面纱。我印象最深刻的是书中关于“裂隙的几何参数化”的论述。作者详细介绍了如何通过测量和分析,将裂隙的长度、宽度、张开度、走向、倾角以及空间分布等几何特征,转化为可用于数值模拟的参数。他提供了多种参数化方法,并且分析了不同方法在精度和计算效率上的权衡。这让我意识到,对裂隙进行精确的几何描述,是理解和模拟地下水流的基础。书中还详细阐述了“水力连通性”在裂隙介质水动力学中的重要作用。作者指出,即使是一个裂隙发育的岩体,如果裂隙之间相互隔离,那么水流也无法有效地传递。他通过大量实例,展示了不同连通性模式下地下水的流动特征,比如在地下水库的建设中,就需要充分考虑裂隙的连通性,以避免渗漏。此外,书中关于“裂隙介质中的溶质运移”的讨论,也让我看到了这个学科的广泛应用前景。作者详细分析了裂隙对溶质运移的影响,比如裂隙的存在会加速溶质的扩散和迁移,这对于地下水污染的防治具有重要的意义。整本书的论述严谨而系统,既有理论深度,又不失实践指导意义,是一本非常值得深入研读的专业书籍。

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