基于模拟退火算法重构土体细观孔隙结构研究-昆明理工大学学报.pdfVIP

第４１卷 第６期 昆明理工大学学报（自然科学版） Ｖｏｌ．４１　Ｎｏ６ 　 ２０１６年１２月　 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＫｕｎｍｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） 　 Ｄｅｃ．２０１６  ｄｏｉ：１０．１６１１２／ｊ．ｃｎｋｉ．５３－１２２３／ｎ．２０１６．０６．００７ 基于模拟退火算法重构土体细观孔隙结构研究 王志良，瞿嘉安，周　潇，申林方 （昆明理工大学 建筑工程学院，云南 昆明６５０５００） 摘要：土体的细观孔隙结构非常复杂，且对其渗流特性有着重要的影响．为了研究土体的细观孔 隙特征及流体在土体孔隙内流动的详细信息，基于土体ＣＴ扫描的切片图像，采用数字图像处理 技术提取出土体的孔隙率及孔隙的两点自相关函数．根据孔隙率随机生成了土体的细观孔隙结 构，然后将土体孔隙的两点自相关函数作为目标函数，采用模拟退火算法对重构土体的细观孔隙 结构进行优化运算，从而得到了与真实土体孔隙结构特征相似的细观模型．最后，联合用于多孔 介质细观渗流数值模拟的格子Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方法，对重构土体模型进行了渗流场的数值计算，计算 结果表明：土体在渗流过程中主要沿着孔隙连通性较好的通道进行，在局部封闭的孔隙内渗流流 速较小，且最大渗流流速通常发生在整体贯通通道的较窄部位． 关键词：模拟退火算法；细观孔隙结构；土体重构；渗流场 中图分类号：ＴＵ４４３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００７－８５５Ｘ（２０１６）０６－００４３－０６ ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＲｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｆｏｒＭｅｓｏｓｃｏｐｉｃＰｏｒｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＳｏｉｌ ＢａｓｅｄｏｎＳｉｍｕｌａｔｅｄＡｎｎｅａｌｉｎｇＡｌｇｏｒｉｔｈｍ ＷＡＮＧＺｈｉｌｉａｎｇ，ＱＵＪｉａａｎ，ＺＨＯＵＸｉａｏ，ＳＨＥＮＬｉｎｆａｎｇ （ＦａｃｕｌｔｙｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＫｕｎｍｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ６５０５００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｅｓｏｓｃｏｐｉｃｐｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｏｉｌｉｓｖｅｒｙｃｏｍｐｌｅｘ，ｗｈｉｃｈｈａｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｓｅｅｐａｇｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｐｏｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｏｉｌａｎｄｔｈｅｄｅｔａｉｌｓｏｆｆｌｕｉｄｆｌｏｗｉｎｔｈｅｐｏｒｅｏｆｓｏｉｌ， ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｌｉｃｅｉｍａｇｅｓｏｆｓｏｉｌｏｂｔａｉｎｅｄｂｙＣＴｓｃａｎｎｉｎｇ，ｔｈｅｐｏｒｏｓｉｔｙａｎｄｔｗｏ－ｐｏｉｎｔａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆ ｓｏｉｌａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｗｉｔｈｄｉｇｉｔａｌｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｐｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｏｉｌｉｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｒａｎｄｏｍｌｙａｃ ｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｏｒｏｓｉｔｙ，ａｎｄｔｈｅｔｗｏ－ｐｏｉｎｔａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｉｓｕｓｅｄａｓｔｈｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｍｅｓｏｓｃｏｐｉｃｐｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｎｅａｌｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｔｈｅｍｅｓｏｓｃｏｐｉｃｍｏｄｅｌｉｓｔｈｕｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ，ｗｈｉｃｈｉｓｓｉｍｉｌａｒｔｏｔｈｅｒｅａｌｓｏｉｌｆｏｒｔｈｅｐｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．ＴｈｅｌａｔｔｉｃｅＢｏｌｔｚｍａｎｎｍｅｔｈｏｄ， ｗｈｉｃｈｉｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｍｅｓｏｓｃｏｐｉｃｆｌｏｗｏｆｐｏｒｏｕｓｍｅｄｉａ，ｉｓｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙｔｈｅｓｅｅｐａｇｅｆｉｅｌｄ ｏｆｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｏｉｌｓｅ