Model of Isothermal Internal Erosion in Deformable Soil

  • А.А. Папин Altai State University (Barnaul, Russia) Email: papin@math.asu.ru
  • А.Н. Сибин Altai State University (Barnaul, Russia) Email: sibin-777@mail.ru
  • К.А. Шишмарев Altai State University (Barnaul, Russia) Email: shishmarev.k@mail.ru
Keywords: multiphase flow, poroelastic medium, suffusion, phase transition, saturation, effective pressure

Abstract

In this paper, a mathematical model of isothermal internal erosion in a poroelastic medium is considered. Removal of moving solid particles from a flow region happens after achieving a certain value of a filtration rate. The equations of mass conservation and Darcy law for water, air and moving solids are taken as constitutive equations of the mathematical model. The motion of the solid skeleton is modeled by the equation of mass conservation with "solid skeleton-moving particles"phase transition, the law of momentum conservation for the entire system, and an equation for effective pressure and porosity in the form of Maxwell’s rheological law. In section 1, a statement of the problem is given and a brief review of internal suffusion models is presented. In section 2, the hypotheses determining intensity of the phase transition are described. In section 3, development of the composite type system is discussed. A degenerate parabolic equation for the saturation of water phase, an elliptic equation for a so-called "reduced pressure and a first-order equation for the porosity and velocity of soil are the development results. It is shown that there is a similarity with the classical Musket-Leverett model of two-phase filtration.

DOI 10.14258/izvasu(2017)4-24

Downloads

Download data is not yet available.

Metrics

Metrics Loading ...

Author Biographies

А.А. Папин, Altai State University (Barnaul, Russia)
доктор физико-математических наук, доцент, заведующий кафедрой дифференциальных уравнений
А.Н. Сибин, Altai State University (Barnaul, Russia)
магистрант факультета математики и информационных технологий
К.А. Шишмарев, Altai State University (Barnaul, Russia)
старший преподаватель, аспирант факультета математики и информационных технологий

References

Vardoulakis I. Sand-production and sand internal erosion: Continuum modeling // Alert School: Geomechanical and Structural Issues in Energy Production. — 2006.

Vardoulakis I., Stavropoulou M., Papanastasiou R. Hydro-Mechanical Aspects of the Sand Production Problem // Transport in Porous Media 22, 1996.

Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. — М., 1987. — Ч. 1.

Варченко А.Н., Зазовский А.Ф. Трехфазная фильтрация несмешивающихся жидкостей // Итоги науки и техники. Серия: Комплексные и специальные разделы механики. — М., 1991. — Т. 4.

Vardoulakis I., Stavropoulou M., Papanastasiou R. Sand Erosion in Axial Flow Conditions // Transport in Porous Media 45, 2001.

Gard S.K., Pritchett J.W. Dynamics of gasfluidized beds. Journal of Applied Phisics // Journal of Applied Phisics, Vol. 46, № 10. — 1975.

Бэр Я., Заславски Д., Ирмей С. Физико-математические основы фильтрации воды. — М., 1971.

Антонцев С.Н., Кажихов А.В., Монахов В.Н. Краевые задачи механики неоднородных жидкостей. — Новосибирск, 1983.

Антонцев С.Н., Папин А.А. Приближенные методы решения задач двухфазной фильтрации // Докл. АН СССР. — 1979. — Т. 247. — № 3.

Папин А.А., Вайгант В.А., Сибин А.Н. Математическая модель неизотермической внутренней эрозии // Известия Алтайского гос. ун-та, — 2015. — № 1/1. DOI: 10.14258/izvasu(2015)1.1-16.

Папин А.А., Сибин А.Н. О разрешимости первой краевой задачи для одномерных уравнений внутренней эрозии // Известия Алтайского гос. ун-та. — 2015. — № 1/2. DOI: 10.14258/izvasu(2015)1.2-25.

Papin A.A., Sibin A.N. Model isothermal internal erosion of soil // Journal of physics: Conference Series 722 (2016) 012034.

Connolly J.A.D., Podladchikov Y.Y. Compaction-driven fluid flow in viscoelastic rock // Geodin. Acta. — 1998. — Vol. 11.

Connolly J.A.D., Podladchikov Y.Y. Temperature-dependent viscoelastic compaction and compartmentalization in sedimentary basins // Tectonophysics. — 2000. — Vol. 324.

Tantserev E., Cristophe Y. Galerne, Podladchikov Y. Multiphase flow in multicomponent porous visco-elastic media // The Fourth Biot Conference on Poromechanics. — 2009.

Wang J., Walters D. A., Settari A., Wan R. G. Simulation of cold heavy oil production using an integrated modular approach with emphasis on foamy oil flow and sand production effects // 1st Heavy Oil Conference. — 2006.

Рекомендации по методике лабораторных испытаний грунтов на водопроницаемость и суффозионную устойчивость. — Л., 1983.

Bonelli S. Erosion of Geomaterials. UK, 2012.

Папин А.А., Подладчиков Ю.Ю. Изотермическое движение двух несмешивающихся жидкостей в пороупругой среде // Известия Алтайского гос. ун-та. — 2015. — № 1/2. DOI: 10.14258/izvasu(2015)1.2-24.

Солонников В. А. О разрешимости начально-краевой задачи для уравнений движения вязкой сжимаемой жидкости // Зап. науч. семинаров ЛОМИ АН СССР. — 1976. — Т. 56.

How to Cite
Папин А., Сибин А., Шишмарев К. Model of Isothermal Internal Erosion in Deformable Soil // Izvestiya of Altai State University, 1, № 4(96) DOI: 10.14258/izvasu(2017)4-24. URL: http://izvestiya.asu.ru/article/view/%282017%294-24.