考虑卵石倾角及形状特征卵石地层几何迂曲度计算模型

摘要

迂曲度是反应土体渗流特性的一个重要参数,对于研究流体在土体内部的流动特性至关重要,但目前的研究大多针对通用模型的研究,较难适用于特征性较强的卵石地层。为探究适用于卵石地层的迂曲度计算模型,将卵石颗粒简化为椭圆形,引入阻碍系数和各向异性系数来描述卵石颗粒的排列方式,引入特征粒径和卵石的长短轴之比来描述卵石的颗粒级配与形状特征,通过阻碍将卵石简化为椭圆形颗粒,基于牛顿流体在卵石地层中的层流流动,建立了考虑卵石排列方式、颗粒级配及形状特征的卵石地层迂曲度几何计算单元,推导了迂曲度的计算公式。并基于编程建立了卵石地层的模型,采用COMSOL Multiphysics的蠕动流模块进行了数值求解,将理论计算结果与数值模拟结果进行了相互验证;基于数值模拟进一步探究了卵石倾角对迂曲度的影响,并对卵石地层迂曲度的影响因素进行了参数分析。研究结果表明所建立的理论模型与数值模拟吻合良好,适用于卵石地层;卵石为等粒径时其迂曲度最小,随着卵石颗粒逐渐扁平化和卵石地层阻碍角的增大,迂曲度增大;同时迂曲度随各向异性系数的增大而增大,表明流体从不同方向流入卵石地层,其迂曲度不同。