基于格子博尔兹曼方法表征体元尺度土体细观渗流场的数值-岩土力学.PDF

第 36 卷增刊 2 岩 土 力 学 Vol.36 Supp.2 2015 年 8 月 Rock and Soil Mechanics Aug. 2015 DOI ：10.16285/j.rsm.2015.S2.098 基于格子博尔兹曼方法表征体元尺度土体 细观渗流场的数值模拟 1 1 2 申林方 ，王志良 ，李邵军 （1. 昆明理工大学 建筑工程学院，云南 昆明 650500 ； 2. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071 ） 摘 要：为了研究土体的细观渗流特性，假设土体是完全饱和且在渗流过程中水分的流动始终处于层流状态。考虑宏观统计 参数 （孔隙率、渗透率及有效黏滞系数等）的影响，基于表征体元 （REV ）尺度的格子博尔兹曼 （Boltzmann ）方法，建立了 压力作用下土体细观渗流的数值模型。采用 D2Q9 模型考虑水分流动的离散速度分布，宏观边界条件为左右侧面为不透水边 界(ux uy 0) ，上下边界设置不同的密度来控制压力边界，在微观边界条件上采用非平衡态外推格式。编制相应的计算程 序，将计算区域内的多孔介质材料设置成流体 （孔隙率 1.0，渗透率K  ），验证了经典的 Poiseuille 流。此外，结合算 例分别讨论了土体在压力作用下孔隙率、渗透率及渗透压力等影响因素与渗流速度的相互关系，研究表明该数值方法与 Darcy 定律得到的计算结果较为吻合。因此，基于 REV 尺度的格子 Boltzmann 方法可以有效地模拟土体的渗流机制，为进一步研 究土体渗流特性提供了一种新的研究手段。 关 键 词：格子博尔兹曼 （Boltzmann ）方法；表征体元 （REV ）尺度；多孔介质；渗流场；数值模拟 中图分类号：O 357.3 文献标识码：A 文章编号：1000－7598 －(2015) 增 2 －0689－06 Numerical simulation for mesoscopic seepage field of soil based on lattice