片状颗粒间液桥力变化规律的计算研究

摘要

研究颗粒间液桥力有助于揭示非饱和土持水特性的内在机理.为探究片状颗粒间液桥力演化规律,从细观尺度研究非饱和土的水力特性机理,使用Surface Evolver软件在两平行的片状颗粒间构建出三维液桥模型,分析了液桥拉伸过程中接触角、液桥体积、分离距离以及固液接触线钉扎效应等对液桥力变化规律的影响.基于圆弧假定,计算相应条件下液桥力以及接触半径的大小,并与上述模拟结果进行对比分析.结果表明:片状颗粒间液桥力随液桥体积增大而递增,随分离距离的增大而递减,随固液接触角的增大先增后减或一直递减;液桥体积一定时,在钉扎状态下,其液桥力随着分离距离的增大迅速递增达到峰值,而后逐渐降低;Surface Evolver模拟与液桥界面环形近似的计算结果相对比,当固液接触角较大时(θ=60°和θ=80°),二者相对误差在6%以内,而当固液接触角减小到30°及以下时,相对误差随之增大,且颗粒间分离距离越大,相对误差越大.