基于水平集方法的原状土三维水气两相渗流特性数值研究

为揭示土体中水气两相动态渗流机理,基于计算机断层扫描(CT)与AVIZO-COMSOL交互对接技术,通过水平集(Level Set)方法来研究代表性体积单元(REV)尺度原状花岗岩残积土三维水气两相渗流特性。结果表明:孔隙残余气主要呈块状分布于孔隙边、死角和孔喉突变部位;REV模型孔隙中存在少数主渗流孔道,其普遍有着孔道宽且笔直的特征;两相渗流速度受孔道迂回程度控制,且存在明显的“优势通道”,其中主渗流通道平均流速比模型整体高47.26%;驱替阻力最大出现在孔隙壁面处,且孔道越窄,阻力越大。该研究成果可为进一步认识原状土孔隙渗流规律提供研究方法及理论基础。     

RVE孔隙模型细观结构特征分析与对比

为揭示三维层面花岗岩残积土内大孔隙分布特征,选取福州某地原状花岗岩残积土作为研究对象,采用计算机断层扫描(CT)技术得到CT扫描图像,并进行三维重构,提取了土壤内相关大孔隙参数,选取代表性体积单元(RVE)对大孔隙特征进行定量表征分析。结果表明:花岗岩残积土中不同试样的连通孔隙数量差异性较大,但由于孔隙形成原因类似,孔隙结构之间差异性较小,且孔隙半径多介于1～4 mm之间;不同位置的土壤内部孔隙拓扑空间结构差异性较大,部分孔隙的配位数可达40以上,但深度对其影响较小;对比不同处理方法可知,二维图像处理得到的孔隙平均直径最小,孔隙差异性较大,孔隙网络模型处理得到的孔隙平均直径最大,孔隙分布较为均匀;而三维重构处理和孔隙网络模型处理平均孔隙体积相差5倍以上。     

虚拟仿真APP开发在土体孔隙细观两相渗流研究中的应用

为揭示土体孔隙结构对细观渗流机理的影响,并探寻一种简便、高效的研究方法,选取福建省福州市某地原状花岗岩残积土作为研究对象,以水-气两相耦合问题为例,基于计算机断层扫描(CT)和虚拟仿真APP开发技术研究土体孔隙中细观渗流规律.结果 表明:水-气两相渗流过程存在大孔隙优先流特征,且"绕流"现象一般易于出现在孔隙成圆度较高...     

花岗岩残积土大孔隙结构定量表征

为揭示花岗岩残积土大孔隙结构的分布规律和形状特征,选取福州某地原状花岗岩残积土作为研究对象,基于工业CT扫描和ImageJ软件,定量化研究了大孔隙的成圆率、扁平度、整体轮廓系数、分形维数等参数分布规律。结果表明:约有80%以上的大孔隙直径在0.15~1 mm范围内,不到20%的大孔隙直径>1 mm。花岗岩残积土的大孔隙率介于5.8%~22.7%之间,且随着深度的增加呈先增大后减小趋势。大孔隙直径越大,孔隙成圆度越差。4个试样的整体轮廓系数变化范围在0.81~0.87之间,且孔隙整体轮廓系数随着土壤深度的增加变化较小。花岗岩残积土大孔隙率与分形维数存在一定的相关性,但不同试样的大孔隙率与分形维数的相关系数存在较大差异。综上,花岗岩残积土具有孔隙比大、粗糙程度差、大孔隙分布广泛、孔隙结构差异性大及局部孔隙扁平度离散性大等特点。     

考虑壁面湿润性的多孔介质两相渗流特性数值研究

选取福州某地原状花岗岩残积土作为研究对象,基于计算机断层扫描(computer tomography, CT)技术与水平集（level set）方法,研究孔隙壁面湿润性对多孔介质水-气两相渗流特性的影响情况。结果表明：不同湿润性条件下,驱替过程均有细观“指进”现象,界面前缘形状主要以凸弧形驱进,凹弧形仅存在于渗流初期;孔隙壁面的湿润性对两相渗流过程影响较大,疏水壁面(湿润角θ>90°)会对流体产生排斥加速作用,亲水壁面(湿润角θ<90°)会对流体产生黏滞减速效应,但渗流速度并不一直随湿润角的增大而增大,而是随时间不断发生变化;最大水相饱和度出现在亲/疏水临界值90°处,趋于86.55%,残余气相饱和度为13.45%。