围压条件下原状花岗岩残积土细观渗流数值模拟

蔡沛辰， 阙云， 李显

(福州大学土木工程学院， 福建 福州 350108)

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花岗岩残积土主要分布于我国东南沿海地区， 属于部分连续的多孔介质材料[1]. 饱和土体中的水分在孔隙中发生不均衡流动的现象， 称为渗流. 渗流现象普遍存在于实际工程项目中， 并常伴有失稳、 渗透变形等不利影响. 传统的渗流研究多集中于宏观尺度， 用试验手段测得渗透系数， 来表征土体的渗流特性， 但这种研究无法直观准确地描述孔隙结构特征、 流体渗流路径以及孔隙结构与渗流特性之间的内在关系[2]. 因此， 在细观尺度上对土体进行渗流特性研究显得尤为必要.

目前， 细观渗流的研究方法主要有物理试验和数值模拟两种. 在物理试验方面， 如张明鸣等[3]采用渗透系数试验， 对淤泥土的细观渗流本质进行了研究； 梁健伟[4]通过对人工土采用微电场效应试验， 研究了微电场变化对土体细观渗透特性的影响. 虽然物理试验研究方法可以对多孔介质渗流的一些细观机理定性研究， 但缺少科学的理论对其进行精细的定量表述. 近年来， 数值模拟在细观渗流方面的研究主要采用微孔流理论、 孔隙网络模型和格子Boltzmann等方法， 如： ① 基于微孔流理论， 赵延林等[5]、 李晶晶等[6]和冯上鑫等[7]对岩石和土石混合体从细观角度进行了渗流场数值模拟， 分析了细观渗流的特性； ② 基于孔隙网络模型方法， Qren等[8]通过构建大量的砂岩孔隙网络模型， 进行了渗流模拟， 并通过模拟结果预测了相对渗透率；……