粒径及级配特性对土体渗透系数影响的细观模拟

作者：刘一飞; 郑东生; 杨兵^*; 祝兵; 孙明祥

来源：岩土力学, 2019, 40(01): 403-412.

DOI：10.16285/j.rsm.2017.1075

• 格子Boltzmann方法
• 渗透系数
• 粒径
• 级配
• 土体

渗透系数是体现土体渗透特性的主要参数。已有关于粒径及级配特性对土体渗透系数影响的研究主要采用试验研究方法,在试验研究中各个变量相互影响,很难完全独立改变某一参数,从而造成已有研究结论差异较大。在其他参数不变条件下数值模拟基本可以独立改变某一参量,弥补试验研究方法的不足。采用离散元数值模拟方法,通过调节控制粒径的方式,随机生成不同粒径、不同孔隙率、不同级配的土体多孔介质。利用格子Boltzmann方法从细观孔隙流体尺度模拟了土中的渗流。研究结果表明,格子Boltzmann方法可以准确有效地模拟土中的渗流;在渗流过程中存在主通道现象和大粒径效应;计算结果与Kozeny-Carman(简称K-C)公式完全一致,且证明K-C公式适用于不同级配的土体;渗透系数随不均匀系数和曲率系数的增大而增大;给出了一个包含级配参数的渗透系数计算公式,该公式与K-C公式基本等价,但所含参数是工程中较易测量的,对实际工程有一定的参考意义。

• 单位
  西南交通大学; 土木工程学院