基于QSGS法3D重构土体渗流场的LBM数值模拟

作者：阙云^*; 邱婷; 蔡沛辰; 马宏岩; 谢秀栋; 薛斌

来源：湖南大学学报(自然科学版), 2023, 50(09): 119-130.

DOI：10.16339/j.cnki.hdxbzkb.2023108

• 格子玻尔兹曼
• 四参数随机生长法
• 细观渗流
• 各向异性
• 计算渗透率

基于四参数随机生长法（QSGS）以及改进QSGS方法等效重构三维（3D）各向同性/各向异性土体内部孔隙结构，结合格子玻尔兹曼方法（LBM），采用MATLAB自编程序进行细观渗流场数值模拟，分析不同孔隙参数及模型各向异性等因素对渗流特性的影响规律.结果表明：3D模型尺寸100×100×100格点时，连通孔隙率nc达到最大增幅19.23%.流体易在连通性好、孔喉直径大的部位形成主渗流通道，且存在“指进效应”，流体越靠近孔道中轴线流速越快. 3D重构土体的计算渗透率k随模型孔隙率n增大而增大，随土颗粒尺寸减小而减小，当分布概率pc=0～0.05（大、中颗粒）时渗透率显著降低，降低幅度达42.86%.考虑各向异性的重构模型出口边界渗流速度波动幅度较大、变化趋势规律性不明显，且流线分布稀疏、相互交错、主渗流通道不明显.该研究能揭示流体在3D土体孔隙结构中的流动规律，并为3D土体重构和细观渗流模拟研究方法提供借鉴.

• 单位
  福州大学; 土木工程学院