【摘 要】
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土体孔喉结构是评估土体过滤能力,颗粒流失和内部稳定性的重要参数。土体孔隙网络模型是研究土体孔喉结构的有效手段。本论文从均质颗粒孔隙网络模型出发,研究渗流分析方法,利用不同孔隙率的孔隙网络计算颗粒试样流量、渗透力。具体工作与结论如下:1)利用Delaunay-Voronoi对偶剖分技术实现了孔隙网络渗流模型的建立。利用Delaunay剖分实现了孔喉截面的抓取,Voronoi剖分实现了“孔”的抓取。经
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土体孔喉结构是评估土体过滤能力,颗粒流失和内部稳定性的重要参数。土体孔隙网络模型是研究土体孔喉结构的有效手段。本论文从均质颗粒孔隙网络模型出发,研究渗流分析方法,利用不同孔隙率的孔隙网络计算颗粒试样流量、渗透力。具体工作与结论如下:1)利用Delaunay-Voronoi对偶剖分技术实现了孔隙网络渗流模型的建立。利用Delaunay剖分实现了孔喉截面的抓取,Voronoi剖分实现了“孔”的抓取。经数量关系验证与线面关系验证,本文使用TetGen与Voro++结合剖分颗粒试样的孔隙网络是可行的。本文进行了大量的编程工作:为颗粒试样的渗流路径信息提取编写了筛选、去重、分类合并孔喉等算法;为颗粒试样孔隙特征(孔喉面积、湿周、内切圆、渗流路径体积、渗流路径体积接触颗粒面积)编写了对应程序;同时,为孔隙网络可视化编写了相应程序。2)提出一种局部水力传导系数计算方法。将Zick and Homsy流量解结合规则立方堆积试样的Voronoi剖分单元构建了本文PNM(pore network mode)的局部水力传导系数:gij=kRh4/μ,其中Rh为渗流路径的水力半径,k随着孔隙率增大而变小。在规则排列下通过Carman-Kozeny公式验证,本文PNM流量解比Bruno、Bryant的孔隙网络模型更加精确,不会随着孔隙变大而偏离理论值。将体心堆积试样的k值应用于不规则排列试样流量计算时,本文PNM计算结果与Carman-Kozeny预测值十分吻合,平均误差不大于8%。本文PNM比非解析的CFD-DEM计算方法预测流量更精确且计算效率更高。3)提出一种利用孔隙网络计算颗粒渗透力的方法。与非解析法的CFD-DEM对比,本文PNM计算颗粒整体受力更吻合理论解,计算稳定;本文PNM所计算的颗粒受力大致呈正态分布,与前人研究结果吻合。最后,利用本文PNM进行了 21组渗流试样颗粒受力分析。
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