土壤冻结孔隙水迁移的格子Boltzmann数值模拟及实验研究

发布时间：2024-03-30 06:26

　　冻土是地球与大气之间物质和能量交换而形成的一种地质现象。全球冻土面积约占陆地面积的70%,我国拥有的冻土面积约占国土面积的75%,是世界第三冻土大国。近年来我国越来越多的大型工程项目将在冻土区域展开,如青藏铁路、川藏铁路、中俄输油管路线等。冻土对温度十分敏感,气温的周期变化使得地表土体处于冻结与融化交替的过程状态,能引起路基土体的冻胀、融沉及冻融翻浆等地质灾害,从而对工程项目的建设与保养带来很大的技术难题。土壤冻结过程是一个伴随多种物理现象的耦合过程,其中最主要的是水热迁移及相变过程。因而,对土壤冻结过程中孔隙水迁移规律的数值模拟及实验研究,有助于有效预测并预防土壤冻结所引起的地质灾害,对降低冻土地区工程项目建设困难具有重要的指导意义。基于格子Boltzmann方法,在多孔介质数值模型中引入了SC(Shan-Chen)多相流模型及焓的相变模型,分别建立了可以描述土壤粒径级配特性和形状特性的随机球体颗粒堆积土壤结构模型及随机生长土壤结构模型;数值模拟了不同颗粒级配形式时随机球体颗粒堆积土壤结构的渗透率和孔隙弯曲度,模拟结果与理论值的相对误差分别在±25%及±15%之内;数值模拟了不同孔隙...

【文章页数】：153 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-1中国冻土分布[8]

第1章绪论1第1章绪论1.1研究意义冻土是地球与大气之间物质和能量交换而形成的一种地质现象，这种地质现象的形成不仅受到环境的影响，还受多种区域地理条件的影响，如地形地貌、气象条件、地质构造、岩性特征、水文特征等[1]。同时，冻土也是地球第四纪低温层的重要组成部分。全球冻土约占陆地....

图2-2MRT-LBM流程示M-1f*(x,t)

哈尔滨工业大学博士学位论文14(2-16)(2-17)(2-18)图2-2MRT-LBM流程示意图，*表示碰撞之后值Fig.2-2SchematicforMRTLBM.Thesuperscript*denotespost-collisionvalues因而，MRT-LBM算法可以....

图2-4两相流体在固体壁面上的接触角示意图

第2章多孔介质多相流模型及相变模型19Huang等人[60]经过进一步的数值模拟研究发现，上述规律同样适用于两种流体的初始质量不同，并且存在固体边界的情况。在采用SC模型进行多相流数值模拟中，对Gcoh需要慎重考虑。较大的Gcoh增加了界面的锐度，并限制了流体彼此之间的“溶解性”....

图2-5三维接触角验证几何模型

哈尔滨工业大学博士学位论文20(2-45)则根据公式(2-43)可知，SC模型中两相流体与固体壁面之间的接触角可表示为：(2-46)另外固体壁面上液泡的接触角还可以通过几何测量的方法得到：首先需要分别测量液泡的高度H和液泡与壁面接触所形成圆形的直径L。其次通过几何方法计算出液泡的....

本文编号：3941943