基于多相格子玻尔兹曼方法测量有效应力参数及其滞后性来源研究

有效应力参数 $\chi$ 是计算不饱和土壤有效应力的关键因素。实验测量已捕捉到 $\chi$ 与饱和度 $S_r$ 之间的不同关系；然而，它们无法说明 $\chi$-$S_r$ 曲线的具体形状。理论解答将 $\chi$ 表示为 $S_r$ 和空气-液面面积 $a_{wn}$ 的函数；然而，$a_{wn}$ 难以预测，限制了 $\chi$ 变化的进一步研究。我们寻求一种通过多相格子玻尔兹曼方法 (LBM) 模拟不饱和土壤中两种流体相的孔隙尺度分布来研究 $\chi$ 的替代方法。我们发展了一种基于孔渣所受吸力和表面张力力量测量 $\chi$ 的算法。使用该算法，我们对含 immobile 颗粒的合成 3D 颗粒土柱在完整水力循环中的 $\chi$-$S_r$ 曲线进行了模拟。我们发现 $\chi=1$ 时 $S_r=1$，$\chi=0$ 时 $S_r=0$，而在其他饱和度下 $\chi>S_r$。$\chi$ 与 $S_r$ 的最大偏差发生在从/到 pendular regime 的转换处。我们还观察到 $\chi$-$S_r$ 曲线具有滞性；由于表面张力力的贡献较大， $\chi$ 在吸水 (吸水) 过程中大于在干燥 (排水) 过程中的值。