圍壓條件下原狀花崗巖殘積土細(xì)觀滲流數(shù)值模擬

蔡沛辰， 闕云， 李顯

(福州大學(xué)土木工程學(xué)院， 福建 福州 350108)

0 引言

花崗巖殘積土主要分布于我國東南沿海地區(qū)， 屬于部分連續(xù)的多孔介質(zhì)材料[1]. 飽和土體中的水分在孔隙中發(fā)生不均衡流動(dòng)的現(xiàn)象， 稱為滲流. 滲流現(xiàn)象普遍存在于實(shí)際工程項(xiàng)目中， 并常伴有失穩(wěn)、 滲透變形等不利影響. 傳統(tǒng)的滲流研究多集中于宏觀尺度， 用試驗(yàn)手段測得滲透系數(shù)， 來表征土體的滲流特性， 但這種研究無法直觀準(zhǔn)確地描述孔隙結(jié)構(gòu)特征、 流體滲流路徑以及孔隙結(jié)構(gòu)與滲流特性之間的內(nèi)在關(guān)系[2]. 因此， 在細(xì)觀尺度上對土體進(jìn)行滲流特性研究顯得尤為必要.

目前， 細(xì)觀滲流的研究方法主要有物理試驗(yàn)和數(shù)值模擬兩種. 在物理試驗(yàn)方面， 如張明鳴等[3]采用滲透系數(shù)試驗(yàn)， 對淤泥土的細(xì)觀滲流本質(zhì)進(jìn)行了研究； 梁健偉[4]通過對人工土采用微電場效應(yīng)試驗(yàn)， 研究了微電場變化對土體細(xì)觀滲透特性的影響. 雖然物理試驗(yàn)研究方法可以對多孔介質(zhì)滲流的一些細(xì)觀機(jī)理定性研究， 但缺少科學(xué)的理論對其進(jìn)行精細(xì)的定量表述. 近年來， 數(shù)值模擬在細(xì)觀滲流方面的研究主要采用微孔流理論、 孔隙網(wǎng)絡(luò)模型和格子Boltzmann等方法， 如： ① 基于微孔流理論， 趙延林等[5]、 李晶晶等[6]和馮上鑫等[7]對巖石和土石混合體從細(xì)觀角度進(jìn)行了滲流場數(shù)值模擬， 分析了細(xì)觀滲流的特性； ② 基于孔隙網(wǎng)絡(luò)模型方法， Qren等[8]通過構(gòu)建大量的砂巖孔隙網(wǎng)絡(luò)模型， 進(jìn)行了滲流模擬， 并通過模擬結(jié)果預(yù)測了相對滲透率；……