考虑土体颗粒级配的几何迂曲度模型

摘要：

迂曲度是反映土体微观孔隙结构和宏观渗流特性的重要参数,对研究多孔介质传输特性具有重要意义.鉴于目前土体迂曲度模型的研究大多基于单一大小颗粒假设,忽略了颗粒级配对土体孔隙通道和孔隙结构的影响,假设土体颗粒为圆形,引入阻碍参数和各向异性参数表征土体颗粒排列方式,引入特征粒径表征土体颗粒级配,建立考虑多因素耦合影响的迂曲度几何模型.同时通过调整土体各粒径质量分数,随机生成不同初始级配与初始孔隙率的多孔介质模型,并依托COMSOL Multiphysics平台对多孔介质进行土体渗流模拟.模型参数分析结果表明:在渗流过程中,土体细颗粒含量越多,渗流通道数量则越多,且大孔隙率情况下存在主通道现象.在相同的颗粒排列方式和孔隙率下,单一粒径土体迂曲度最小.对于级配良好土体,细颗粒含量越多,颗粒排布紧密,孔隙结构复杂,土体迂曲度越大.对于任意初始级配相同的土体,颗粒排列方式对迂曲度的影响随孔隙率增大而减小.对渗流稳态下多孔介质的迂曲度进行计算,其数值模拟结果与理论模型计算值的相对误差在3％以内,证明了本文迂曲度模型的准确性.本文研究结果可为多孔介质迂曲度以及渗透系数的求解提供新的思路.

关键词：迂曲度、颗粒排列、颗粒级配、渗透特性、孔隙率

所属期刊栏目：19

分类号：TU443(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家自然科学基金;湖南省自然科学基金资助项目;湖湘高层次人才聚集工程;中南大学研究生自主探索创新项目

在线出版日期：2023-02-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：3655-3664