环境土体展现出组构高度复杂、性态动态多变的显著特征，构建能够精确描述土体力学特性及传输行为的理论体系是科学研究的关键难点。传统理论分别依赖本构模型和达西定律描述特定条件范围土体力学行为及低速渗流问题，难以准确反映实际复杂贮存环境下土体剧烈演化性态及非线性流动。中国科学院武汉岩土力学研究所海洋与环境岩土工程研究中心薛强研究员团队基于创建的环境土界面力学理论，从决定土体宏观性态的微细观界面力学机制出发，针对环境土“气-液-固”界面作用机制复杂、缺乏准确理论描述的难题，提出基于微观连续体动量守恒规律及多相界面力的相互作用原理的多孔介质流固统一动力学理论。
该理论基于纳维-斯托克斯（Navier-Stokes）方程描述孔隙通道中的连续流动，并严格推导得到流体与固体界面共轭作用力表达式，实现在流动方程中准确考虑孔隙界面存在效应。基于这种方法，进一步提出流固共轭传输方程和反应方程，实现对多孔介质传热传质及非均相化学反应的单场协同描述。与流体体积法结合，得到孔隙尺度多相流控制方程，实现孔隙尺度非溶混两相流界面解析描述。基于上述理论成果，系统地发展了多孔介质流动-传输-化学反应界面尺度/宏观尺度高可信度模拟方法以及孔隙尺度多相流模拟方法等。为满足大规模工程问题研究需要，提出针对多孔介质非均匀结构的尺度升级模拟方法，相比孔隙尺度模拟加速10万倍以上，预测误差低于8%。上述研究有望推动环境土模拟预测水平提升和测试技术创新发展。
研究成果发表于Journal of
Computational Physics、Physics of Fluids，入选POF Featured
Article，论文第一作者为欧治松博士，通讯作者为薛强研究员。研究工作得到国家自然科学基金（52300183、52322810、U23A601）项目资助。
论文链接：
https://www.doi.org/10.1016/j.jcp.2024.113203
