围压条件下原状花岗岩残积土细观渗流数值模拟

选取福州某地原状花岗岩残积土作为研究对象,基于计算机断层扫描(CT)图像与COMSOL Multiphyscis有限元软件,研究原状土样在考虑和不考虑围压时的细观渗流规律.结果表明:两种条件下,计算渗透率都随水压差的增加呈线性降低的关系;考虑围压时,计算渗透率随竖向力呈先急剧到平缓下降,再急剧上升,最后趋于平缓下降的规...     

基于LBM的2D/3D原状花岗岩残积土细观渗流模拟

为刻画原状土体内部孔隙细观渗流特征,选取东南沿海地区某地原状花岗岩残积土作为研究对象,基于计算机断层扫描(CT)和图像处理技术对2D/3D原状土体模型进行重构,并结合格子Boltzmann方法(LBM),通过自编程序模拟土体孔隙内水分渗流及分布情况.结果表明：孤立孔隙对渗流结果影响甚微,仅个别连通性好、孔径大且笔直的大孔隙会成为优势通道并产生优先流;渗流从开始至稳定过程中,最大流速主要出现在孔隙通道由宽变窄处,孔隙结构形态对渗流的影响较孔隙占比更为显著.基于工业CT扫描技术和LBM能较好刻画真实土体孔隙渗流特征,2D模型可更直观表现大孔隙优先流现象,适用于定性研究;3D模型更接近实际情况,可精确计算土体渗透率,适用于定量研究.     

土石混合体细观渗流场的格子Boltzmann模拟

基于土石混合体中块石的CT扫描图片、颗粒流PFC软件及数字图像处理技术构建了土石混合体的孔隙结构模型,在此基础上引入介观的格子Boltzmann方法从孔隙尺度对土石混合体的渗流场进行了数值模拟,并据此分析了土石混合体的渗流特性。研究结果表明:基于土石混合体的孔隙结构模型和介观的格子Boltzmann方法,通过设置相应的边界条件可以快速有效地模拟土石混合体的细观渗流机制;与均质土体模型相比,土石混合体模型由于较大块石的存在使得其渗流通道明显减少,且通道变窄,弯折度增加,流速减小,渗透率大幅降低;土石混合体模型中水压力分布很不均匀,在块石的上下游会发生显著的压力降;块石含量、块石粒径及块石空间分布等细观结构因素对土石混合体的渗流场与渗透性能有一定的影响。     

不同压实度花岗岩残积土的渗流模拟

以桂东南地区不同压实度的花岗岩残积土为研究对象,结合显微CT(micro computed tomography,微计算机断层扫描技术)扫描试验与Avizo软件中先进的数字图像处理技术提取孔隙网络模型.然后基于流体力学的传统方法(computational fluid dynamics,CFD),将孔隙结构的数字岩心模型导入Comsol进行微观尺度的渗流模拟,从微观角度研究水在不同压实度花岗岩残积土孔隙中的渗流特性,并与实测渗透率对比,检验数字岩心模型准确性、代表性.研究结果表明:花岗岩残积土渗流过程中,最大速度出现在连通性好的孔隙中心区域,且远超其他部位,沿着孔隙中心向外壁的方向,渗流速度逐渐减小;在连通性差的区域,流速近乎为0.随着压实度的增加,花岗岩残积土的孔隙连通性变差,各个截面上的孔隙结构发生变化,且各截面的平均渗流速度逐渐减小,这表明压实度对花岗岩残积土的渗流特性有重要影响.压实度为90％、100％、110％花岗岩残积土的平均渗透率模拟值分别是实测值0.9、1.35、0.77倍,该数字岩心模型能较准确地代表压实土体内部真实的孔隙渗流特征.     

天然花岗岩残积土大孔隙水分迁移特征的染色示踪试验

选取福州某地山坡天然花岗岩残积土为研究对象,借助亮蓝染色剂开展大孔隙水分迁移入渗试验,对原生态土体大孔隙分布特征及水分入渗情况进行研究.结果表明:天然土体表层土质松散、孔隙分布均匀,水分以均质流形式下渗为主,但同时部分大孔隙通道分布方向各异,存在高度不均匀性,水分与基质域间存在不同程度水分交互现象;染色面积随入渗深度呈...     

基于格子Boltzmann方法的回采工作面瓦斯渗流模拟

工作面回采会导致其前方煤体中的应力重新分布，在工作面前方形成减压区，增压区和稳压区，致使回采工作面前方煤体中的渗透率沿煤层走向呈现不均匀分布，因此，不能再将煤体视为均匀介质。鉴于这一工程事实，采用格子Boltzmann方法，结合算倒，研究了煤体渗透率沿走向呈现不均匀分布情形下的瓦斯渗流规律，为回采工作面瓦斯灾害防治提供依据。研究表明：采用格子Boltzmann方法可以有效模拟回采工作面瓦斯渗流，能够生动再现瓦斯流向回采工作面这一过程。     

强降雨条件下花岗岩残积土滑坡模拟试验及坡体滑移细观规律研究

以花岗岩残积土为代表性土样,制作4种不同坡度的边坡模型,分别进行4种不同强降雨条件下滑坡模拟试验.利用岩土细观变化的图像采集和分析系统,采集大量细观变化图像和照片;再通过计算机编写图像处理程序,获取土体颗粒团的细观运动数据信息和滑移轨迹.经过统计分析,从细观角度研究强降雨条件下残积土边坡模型坡体细观滑移规律,揭示出坡体宏观滑塌破坏形式与细观滑移运动演变之间的关系.     

圆柱绕流的格子Boltzmann模拟

针对流体力学中模拟圆柱绕流的边界层内部流动问题,采用格子Boltzmann方法,用两个分布函数分别定义涡量和流函数,得到用两个格子Boltzmann方程建立的模型。以数值为例,圆柱绕流的数值模拟结果符合经典的理论结果。与直接模拟Navier-Stokes方程相比,该方法计算模型简单,分布函数简单,易于计算。     

基于格子Boltzmann方程的大涡模拟对湍流时空关联性的研究

将格子Boltzmann方程和大涡模拟(LBE-LES)相结合,提出适应于格子Boltzmann方法(LBM)的涡黏性亚格子尺度模型,开展均匀各向同性湍流时空关联性的研究.采用D3Q19格式计算湍流的三维能谱、湍动能耗散率和其它高阶统计量,与实验和直接数值模拟结果的比较表明,该模型比传统涡黏模型有明显改进.考察了不同亚格子模型预测湍流频率波数能量谱的能力,结果表明,尺度涡产生的横扫作用是造成小尺度涡时间去关联的主要因素,不同波数的频率能量谱之间有一定的相似性,横扫速度是描述湍流频率波数能量谱的特征量.     

利用格子Boltzmann方法确定岩石孔隙空间中的气水分布

基于三维数字岩心模拟岩石电阻率时,最关键的一步是获取不同含水饱和度的岩心,确定不同含水饱和度下岩石孔隙空间的流体分布,常用方法的数学形态只是一种数字图像处理技术,并未考虑流体自身的物理特性以及流体与岩石骨架、流体与流体之间的相互作用。采用格子Boltzmann方法模拟了气水分离过程,确定了储层岩石孔隙空间中的气水分布,能真实地再现表面张力、润湿性等基本界面现象。该数值模拟方法得到的气水分布规律与澳大利亚国立大学数字岩石物理实验室的X射线CT扫描实验结果基本吻合。为开展气岩石声电特性数值模拟研究奠定了基础。     

基于改进QSGS-LBM法的各向异性重构土体的渗流模拟

为解决传统四参数随机生长法（QSGS）重构模型与真实土体情况不符的缺陷,提出一种改进QSGS法,在综合考虑各向异性、孔隙率、土体颗粒大小情况下构建各向异性多孔介质模型,采用两点自相关函数法验证模型有效性,并结合格子玻尔兹曼方法(LBM)自编Matlab程序模拟细观渗流过程。发现各向同性模型和土体CT切片的两点相关系数的最大差值是各向异性模型的2.5倍以上,且流体粒子在孔道中线处渗流速度最大0.03,在孔壁处渗流速度接近于0。表明各向异性模型在孔隙结构和空间分布上更接近真实土体情况;流体在渗流后期出现大孔隙优先流现象和指进现象。