基于X射线计算机断层扫描的非饱和砂土循环持水行为的多相格子 Boltzmann 建模
地球物理
2023-03-14 v2
摘要
持水曲线(WRC)定义了基质吸力与饱和度之间的关系,是确定非饱和土水力-力学行为的关键函数。我们利用计算机断层扫描(CT)实验与多相格子Boltzmann方法(LBM)探究颗粒土持水行为的潜在微观机理。我们对汉堡砂进行了CT实验以获取其WRC,随后基于CT颗粒骨架运行LBM模拟。多相LBM模拟捕捉到了CT实验中观测到的WRC滞回与孔隙尺度行为。借助LBM,我们观察到气体簇的空间分布与形态在排水与吸湿路径间存在差异,且此为滞回的深层来源。排水过程中,气体簇聚集于颗粒表面;当气体簇经小孔隙开口进入时局部吸力增大,经大孔隙开口进入时局部吸力减小。而在吸湿过程中,气体簇分散于液体中;局部吸力均匀减小。排水时大孔隙先排空,吸湿时小孔隙先充水。基于孔隙的WRC表明,孔隙尺寸增大会导致排水与吸湿过程中吸力减小,且滞回增大。
引用
@article{arxiv.2209.11393,
title = {Multiphase lattice Boltzmann modeling of cyclic water retention behavior in unsaturated sand based on X-ray Computed Tomography},
author = {Qiuyu Wang and Marius Milatz and Reihaneh Hosseini and Krishna Kumar},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.11393},
year = {2023}
}