单分散颗粒材料中不同颗粒形状孔结构的复杂网络分析

了解孔结构如何影响颗粒材料中的流动和传输行为，对于解决广泛的土力学、液压和环境挑战至关重要。这些过程主要受颗粒微观排列以及材料内部孔隙之间相互联系的影响。然而，考虑颗粒装配形状多样化的详细见解仍然稀缺。本研究引入一个综合性框架，集成离散元法（DEM）模拟、图像处理、孔网络建模和复杂网络理论，以探讨颗粒形貌与其液流行为之间的关系。构建了不同形状的天然砂粒的单分散装配，并通过图像处理和孔网络建模提取孔网络。随后应用复杂网络分析计算揭示孔微观结构与液流性质之间内在关系的结构指标。结果表明，颗粒形貌显著影响孔网络特征，包括孔径和喉道尺寸、近接中心性、孔结构各向异性，为理解孔结构如何影响传输性质提供了宝贵的见解。