基于水氣二相流的土水特性測(cè)試方法研究.pdf

1、土孔隙中不僅有液相的流動(dòng)，也有氣相的流動(dòng)。非飽和土的土水特性，表征了非飽和土中基質(zhì)吸力以及水、氣滲透性與含水量的相關(guān)關(guān)系，包括土水特征曲線和相對(duì)滲透率曲線。土水特性是解釋非飽和土行為和求解水氣運(yùn)動(dòng)的基本本構(gòu)關(guān)系，是構(gòu)筑非飽和土中各種重要關(guān)系的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)測(cè)試土水特性的方法大都未能考慮土孔隙中氣相的作用，而且土水特性三條曲線的測(cè)定往往是分開(kāi)進(jìn)行的，難以保證三個(gè)本構(gòu)關(guān)系的相容性。
　　本文基于水氣二相流的基本理論，開(kāi)展了非飽和土水特性的

2、測(cè)試?yán)碚摵头椒ǖ难芯?，開(kāi)展的主要研究如下：
　　1）基于土中水氣二相流的基本理論，提出一種新的非飽和土水特性測(cè)試方法。測(cè)試方法包含數(shù)值反算部分和測(cè)試試驗(yàn)部分，能反映非飽和土中水、氣相互作用特征，同時(shí)得到土樣的土水特征曲線和水、氣相相對(duì)滲透率曲線，保證了三條本構(gòu)關(guān)系的相容性。
　　2）發(fā)展了一種水氣二相流耦合求解與區(qū)間逼近相結(jié)合的土水特性反算方法。反算方法找到了合適的水氣二相流解耦路徑和參數(shù)優(yōu)化路徑，能夠結(jié)合特定的土水特性數(shù)學(xué)

3、模型反算得到土樣的非飽和土水特性。編寫了相關(guān)計(jì)算程序，通過(guò)干過(guò)程和濕過(guò)程的模擬，驗(yàn)證了反算程序的正確性、收斂性及數(shù)值穩(wěn)定性。
　　3）自主設(shè)計(jì)了一個(gè)干濕循環(huán)多步流動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)。試驗(yàn)系統(tǒng)能夠模擬土樣中水氣耦合運(yùn)動(dòng)，能夠根據(jù)土樣中水流動(dòng)狀態(tài)自動(dòng)施加干濕循環(huán)條件，實(shí)時(shí)采集試樣邊界條件和溢出水總量，為土水特性數(shù)值反算提供了數(shù)據(jù)支撐。
　　4）驗(yàn)證了測(cè)試方法的正確性和適用性。根據(jù)實(shí)時(shí)采集試樣溢出水流量和邊界條件、初始條件，結(jié)合相應(yīng)的數(shù)值