颗粒形状与粒径分布对颗粒堆积水力特性的影响：一项实验研究
地球物理
2021-11-16 v1
摘要
均匀和多分散颗粒堆积常被用于概念性地研究多孔介质中的流动。先前数值模拟被用于探讨颗粒形状对颗粒堆积的孔隙空间分形维数、水分特征曲线（MCC）和饱和导水率（SHC）等特性的影响。然而，由于基于分形的方法已被广泛提出用于模拟多孔介质中的各种性质，实验观测仍然必要。在本研究中，我们填充了 16 个棱角砂和 16 个球形玻璃珠样品，其粒径分布（PSDs）从分选良好到分选差不等。MCC 采用沙箱与压力板法相结合测量。由实测 MCC 计算得到的孔隙空间分形维数（DMCC）在砂样中为 0.80 至 2.86，在玻璃珠堆积中为 -0.18 至 2.81，这表明在均质介质（如玻璃珠堆积）中 DMCC 可能为负，与文献中若干研究一致。结果表明，在几何平均粒径值和 PSDs 相同的情况下，砂样堆积的 DMCC 大于玻璃珠堆积。这清晰展示了颗粒形状对所研究堆积中 DMCC 的影响。采用临界路径分析（CPA）方法估算由常水头法测得的 SHC。我们发现 CPA 估算 SHC 准确，平均在测量值的四倍以内。尽管 CPA 在理论上已知对孔隙尺寸分布宽的介质准确，我们通过实验发现它对各类颗粒堆积的 SHC 估算也相当良好。
引用
@article{arxiv.2111.01288,
title = {Effects of particle shape and size distribution on hydraulic properties of grain packs: An experimental study},
author = {Elnaz Rezaei and Kamran Zeinalzadeh and Behzad Ghanbarian},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.01288},
year = {2021}
}