Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Пороэластичность – это область материаловедения и механики, изучающая взаимодействие между течением жидкости, давлением и деформацией твердого тела в линейной пористой среде, и являющаяся расширением теории упругости и течения в пористых средах (уравнения диффузии). Деформация среды влияет на течение жидкости и наоборот. Теория была предложена Морисом Энтони Био (1935, 1941) как теоретическое развитие моделей консолидации грунтов, разработанных для расчета осадки сооружений, установленных на насыщенных жидкостью пористых грунтах. Теория пороэластичности широко применяется в геомеханике, гидрологии, биомеханике, механике тканей, механике клеток и микромеханике. Интуитивное понимание реакции насыщенной упругой пористой среды на механическую нагрузку можно получить, представляя себе или экспериментируя с губкой, насыщенной жидкостью. При сжатии губки, насыщенной жидкостью, из нее будет вытекать жидкость. Если губка находится в резервуаре с жидкостью и давление сжатия будет снято, губка снова впитает жидкость и расширится. Объем губки также увеличится, если ее внешние отверстия будут герметично закрыты и давление в порах жидкости будет увеличено. Основные идеи, лежащие в основе теории пороэластичных материалов, заключаются в том, что давление жидкости в порах вносит вклад в общее напряжение в пористой матрице, и что само по себе давление жидкости в порах может деформировать пористую матрицу. В пористой среде происходит движение жидкости из-за разницы давлений в порах, возникающей в результате различных деформаций объема пор, связанных с механической нагрузкой пористой среды. В нетрадиционных пластах и источниках природного газа, таких как уголь и сланцы, деформации могут возникать из-за сорбции газов, таких как метан и углекислый газ, на поверхности пористых пород. В зависимости от давления газа, вызванные сорбцией деформации могут носить пороэластичный или поронеупругий характер.
Poroelasticity is a field in materials science and mechanics that studies the interaction between fluid flow, pressure and bulk solid deformation within a linear porous medium and it is an extension of elasticity and porous medium flow (diffusion equation). The deformation of the medium influences the flow of the fluid and vice versa. The theory was proposed by Maurice Anthony Biot (1935, 1941) as a theoretical extension of soil consolidation models developed to calculate the settlement of structures placed on fluid saturated porous soils. The theory of poroelasticity has been widely applied in geomechanics, hydrology, biomechanics, tissue mechanics, cell mechanics, and micromechanics. An intuitive sense of the response of a saturated elastic porous medium to mechanical loading can be developed by thinking about, or experimenting with, a fluid saturated sponge. If a fluid saturated sponge is compressed, fluid will flow from the sponge. If the sponge is in a fluid reservoir and compressive pressure is subsequently removed, the sponge will reimbibe the fluid and expand. The volume of the sponge will also increase if its exterior openings are sealed and the pore fluid pressure is increased. The basic ideas underlying the theory of poroelastic materials are that the pore fluid pressure contributes to the total stress in the porous matrix medium and that the pore fluid pressure alone can strain the porous matrix medium. There is fluid movement in a porous medium due to differences in pore fluid pressure created by different pore volume strains associated with mechanical loading of the porous medium. In unconventional reservoir and source rocks for natural gas like coal and shales, there can be strain due to sorption of gases like methane and carbon dioxide on the porous rock surfaces. Depending on the gas pressure the induced sorption based strain can be poroelastic or poroinelastic in nature.
Типы пореластичности
Теории пороупругости можно разделить на две категории: статические (или квазистатические) и динамические теории, подобно тому, как механику можно разделить на статику и динамику. Статическая пороупругость рассматривает процессы, в которых движение жидкости и деформация твердого скелета происходят одновременно и влияют друг на друга. Статическая пороупругость преобладает в литературе по пороупругости, поэтому этот термин часто используется как синоним пороупругости во многих публикациях. Данная теория статической пороупругости является обобщением одномерной теории консолидации в механике грунтов. Эта теория была разработана на основе работ Био 1941 года. Динамическая пороупругость была развита благодаря работам Био по распространению упругих волн в жидконасыщенных средах.
The theories of poroelasticity can be divided into two categories: static (or quasi static) and dynamic theories, just like mechanics can be divided into statics and dynamics. The static poroelasticity considers processes in which the fluid movement and solid skeleton deformation occur simultaneously and affect each other. The static poroelasticity is predominant in the literature for poroelasticity; as a result, this term is used interchangeably with poroelasticity in many publications. This static poroelasticity theory is a generalization of the one dimensional consolidation theory in soil mechanics. This theory was developed from Biot's work in 1941. The dynamic poroelasticity was developed attributed to Biot's work on the propagation of elastic waves in fluid saturated media.