Soil Mechanics And Transport in Porous Media pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Schotting, Ruud J. (EDT)/ van Duijn, Hans (EDT)/ Verruijt, Arnold (EDT)

出品人:

页数:362

译者:

出版时间:

价格:2240.24元

装帧:HRD

isbn号码:9781402035364

丛书系列:

图书标签:

• Soil Mechanics
• Porous Media
• Transport Phenomena
• Geotechnical Engineering
• Hydrology
• Groundwater Flow
• Soil Physics
• Constitutive Modeling
• Numerical Methods
• Environmental Engineering

好的，以下是一份针对您所提供书名的图书简介，它将专注于介绍与“土壤力学与多孔介质传输”主题相关，但不包含《Soil Mechanics And Transport in Porous Media》一书具体内容的、广泛的、深入的介绍。 --- 书籍导读：地下水文、环境工程与岩土工程中的多孔介质传输动力学 一本关于地球系统科学、环境工程和土木基础设施设计中，水、污染物及能量在复杂多孔介质中输运过程的深度剖析。 本导读旨在引导读者探索一个跨学科的核心领域——多孔介质（Porous Media）中的传输现象。我们聚焦于对地下水资源管理、污染场地修复、地质工程稳定性和能源地热利用至关重要的基本原理、先进模型与实际应用。 第一部分：多孔介质的基础特性与结构表征 理解任何传输过程，必须首先建立对“介质”本身的精确认知。本部分将深入探讨构成多孔介质的物理、化学和几何特征，这些特征直接决定了流体和溶质的输运能力。 1. 介质的宏观与微观结构描述： 孔隙度、渗透率与比表面积的定义与量测： 重点介绍如何通过实验（如达西定律验证、孔隙结构分析）和先进的成像技术（如X射线CT扫描、聚焦离子束扫描电镜）来量化介质的宏观工程参数。讨论孔隙结构对传输路径选择性的影响，例如连通性（Percolation）理论在描述介质非均质性中的作用。 介质的颗粒级配与堆积密度： 分析不同粒径分布（从粘土到砾石）对孔隙网络拓扑结构的影响。探讨颗粒间的接触机制和应力分布，这是后续讨论土体力学行为的基石。 固-液-气三相分布： 尤其关注非饱和多孔介质，深入解析毛细现象的物理基础。探讨水力特征曲线（Matric Suction vs. Volumetric Water Content）的建立及其在描述介质含水状态变化中的关键性。 2. 介质的物理化学界面作用： 表面张力与毛管力： 详细阐述毛细压力作为驱动非饱和渗流的主要动力，及其与润湿性（Wettability）的关系。 电化学效应与双电层理论： 对于粘土矿物等具有高比表面积的介质，介绍双电层（Electric Double Layer, EDL）的形成及其对离子交换、溶质吸附和微观流动（如在纳米孔隙中）的影响。 第二部分：多孔介质中的流体动力学与渗流理论 本部分侧重于描述流体在介质内部的运动规律，从宏观平均到微观湍流边界的过渡。 1. 经典宏观渗流模型及其局限性： 达西定律的严格性与适用范围： 深入探讨达西定律的物理内涵，分析其成立的雷诺数（Pore Reynolds Number）限制。讨论在极高梯度或极低孔隙度条件下，需要引入的修正模型（如Forchheimer方程）。 流线追踪与等势线分析： 介绍二维和三维稳定流场的数值求解方法，包括有限差分法（FDM）和有限元法（FEM）在求解拉普拉斯方程中的应用。 2. 粘性流体与非牛顿流体的流动： 高粘度流体传输： 在油气开采或深层地质封存场景中，如何修正达西定律以适应高粘度流体（如原油或超临界CO2）的输运特性。 剪切稀化与剪切增稠： 探讨泥浆、悬浮液或某些生物质处理中，流体表现出的非牛顿特性如何反作用于介质的有效渗透性。 3. 瞬态渗流与水力响应： 非饱和渗流方程（Richards' Equation）： 详细推导并分析Richards方程在描述土壤水分运动中的核心地位，及其在求解实际灌溉、蒸发和入渗问题时的数值挑战。 渗流耦合响应： 介绍瞬态热迁移和溶质迁移对水力梯度的反馈效应，为后续的地球热力学分析打下基础。 第三部分：多孔介质中的传输与反应耦合机制 传输不仅仅是物理运动，它与介质表面的化学反应、颗粒的迁移以及热量的传递紧密耦合。 1. 溶质输运与分散机制： 对流与弥散（Advection and Dispersion）： 明确区分对流（由宏观流速驱动）和弥散（由速度梯度和分子扩散共同造成）。引入弥散系数（Dispersion Coefficient）的概念及其与流速、孔隙结构的依赖关系。 分子扩散在孔隙中的体现： 讨论当流速极低或介质孔隙极小时（如粘土或页岩），分子扩散如何成为主要的传输途径。介绍有效扩散系数（Effective Diffusivity）的测定方法。 反应性输运模型： 引入反应动力学（如一级反应、零级反应）与输运过程的耦合，用于模拟污染物降解或离子交换过程。 2. 介质颗粒的迁移与沉积： 冲刷与侵蚀（Erosion）： 分析水流剪切力达到临界值时，介质颗粒（特别是细颗粒）从骨架中脱离的过程。探讨流化床理论在描述介质结构退化中的应用。 悬浮与沉降（Sedimentation）： 应用斯托克斯定律及其修正形式，分析悬浮颗粒在流动介质中的沉降速率，这对水处理和河流入海口地貌演变至关重要。 3. 热传输与能量耦合： 导热机制： 分析热量在固相骨架、孔隙流体和界面处的有效导热率（Effective Thermal Conductivity）的计算。 对流-扩散-热传导方程： 构建描述地下水热迁移的综合模型，应用于地热资源评估、核废料地质处置库的温度场预测。 第四部分：先进模型与实际工程应用 本部分将探讨解决复杂多孔介质问题的数值工具和实际案例研究。 1. 多尺度建模与非均质性处理： 随机场理论与地质统计学： 介绍Kriging和序贯模拟等方法，用于基于有限的采样数据，构建具有统计学意义的渗透率或孔隙度空间分布模型。 介观尺度模拟（Pore-Network Modeling, PNM）： 介绍如何将复杂的孔隙网络简化为喉道和节点的拓扑结构，从而直接模拟微观尺度的流体运动和传输过程，克服传统宏观模型的均质化假设。 2. 工程挑战与案例分析： 污染场地修复： 应用反应性传输模型模拟生物降解、化学氧化或植物修复（Phytoremediation）的动态过程。 碳捕集与封存（CCS）： 分析CO2注入地下含水层或枯竭油气藏后，注入体在多孔介质中迁移、溶解和矿化的传输机制和长期稳定性。 岩土工程中的渗流稳定性： 探讨地下水位的快速变化（如抽水或降雨）如何改变有效应力场，可能导致边坡失稳或孔隙水压力积聚引发的工程灾害。 通过对上述四个部分的系统性学习，读者将能够全面掌握在各种工程和环境背景下，流体、物质和能量如何在复杂的地球多孔介质中进行高效、准确的传输与相互作用的科学原理与工程方法。

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