采用随机生长四参数生成法构造黏土微观结构

针对黏土微观结构复杂、构造困难的问题,采用随机生长四参数生成法构造黏土微观结构.介绍随机生长四参数生成法,构造黏土微观结构的基本原理和详细的生成步骤,联合应用Matlab和AutoCADVBA编制相应的程序,讨论构造的黏土微观结构对地下水渗流的影响.程序生成的微观结构可以直接导入有限元程序,便于采用数值分析软件研究微观结构相关问题.构造的黏土颗粒大小分布、形状各异,孔隙结构微小,迂回曲折,与真实的黏土微观结构相似.

四参数随机生成法重构土体微观孔隙结构的分形特征

四参数随机生成算法(QSGS)生成的微观结构模型,已被广泛用于研究土的微观孔隙结构并预测土的水力学性质,但模型能否真实反映实际土体的孔隙结构特征,目前尚缺乏实验证据及定量对比分析。利用扫描电镜(SEM)对3种不同孔隙率的土样制备SEM图像,以与QSGS模型进行定量对比分析。采用数字图像技术分析QSGS模型与土体中孔隙的形态特征和分布规律,基于实测数据估算孔隙的质量分维数Dm和表面分维数Ds。结果表明:QSGS算法生成的微观结构由孔隙度P、生长核的分布概率Pd和方向生长概率Pi等参数控制,其中Pd对孔隙结构的影响更为显著。Pd≤0.01时所生成的QSGS模型与实际土体具有相似的微观孔隙形态和分布规律,以及相同的分形特性和相近的分维数值。P越小则Dm越大,Dm与P存在较为显著的线性回归关系。孔隙轮廓愈不规则,Ds愈大,各孔隙的Ds分布符合总体正态分布形式。研究结果揭示了模型参数对QSGS算法生成的微观结构的影响,为合理选取参数提供了科学依据。

基于四参数随机生成法构建孔隙裂隙结构及其尺寸研究

孔隙裂隙介质结构十分复杂,介质模型的构建对于深入研究孔裂隙细观特性具有重要作用,因此采用四参数随机生成法对孔隙介质裂隙介质分别进行重构,并探讨介质模型尺寸大小对重构模型精度的影响,得出:介质模型变化临界尺寸为300×300像素点,综合分析可选择300×300-400×400像素点尺寸区间进行模型构建。

基于格子Boltzmann方法的地埋管管群换热的模拟研究

土壤结构和地下水通常会影响地埋管换热器的传热,本文将利用随机四参数生成法建立双分布函数格子Boltzmann模型,对有渗流条件下地埋管管群换热器与饱和土壤多孔介质的换热情况进行了模拟,分析了影响埋管外土壤平均温度的主要因素。研究表明,土壤热传导特性主要受土壤孔隙度、地下水渗流速度和土壤骨架导热系数k s的影响。本文的研究结论对考虑土壤渗流的地下换热器的设计具有一定的指导意义。

各向同性多孔介质渗透率计算的LBM方法

提出一种计算多孔介质渗透率的新方法,首先利用四参数随机生成法生成所需的多孔介质。基于MATLAB这一强大工具,编制了模拟多孔介质渗透率的格子玻尔兹曼(LBM)程序,计算出渗透率。提出一个新的参数-T(多孔介质单位面积的周长),将计算结果与著名的Kozeny-Carman关系式对比,表明本方法得到的渗透率与Kozeny-Carman关系式所得到的渗透率基本吻合。

拓展的衍射CT技术反演多孔性海底声学参数

多孔性海底沉积层的声速、密度、孔隙结构等声学参数是描述海底地质的重要信息,也是声场数值预报、沿岸工程建设地点选择等工程应用中所必须的参数。本文从海底后向半平面不完全投影的散射特性出发,拓展医学上的衍射CT技术,重新推导出收发分置测试系统目标散射强度和相关图像剖面频谱样本的关系式。运用随机生长四参数生成法构建声场图像模型,通过收发分置散射声场的有限稀疏样本,完成单一方向入射线性调频波条件下的剖面图像信息反演验证,得出影响声学参数精度的调频波频率间隔和测量方向数,进一步反演多孔性海底沉积层的孔隙度和平均阻抗指数。与基于网格剖分的数值计算方法相比,本文方法计算效率提高约两个数量级。