洗砂柱一维毛细吸渗过程数值模拟和试验研究.pdf

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1、第31卷第6期2014年6月公路交通科技JournalofHighwayandTransportationResearchandDevelopmentV01．31No．6Jun．2014doi：10．3969／j．issn．1002—0268．2014．06．006洗砂柱一维毛细吸渗过程数值模拟和试验研究杜红普1，(1．河：ILX．业大学能源与环境工程学院，天津李敏2，齐承英1300401；2，河北工业大学土木工程学院，天津300401)摘要：砂类材料中较大的孔隙特征决定了其内部的水分传递方式。通过Micro—CT断层扫描确定了砂的分形维数和孔隙率，根据饱和导

2、水率和介质的孔径参数获得了Brooks—Corey模型的拟合关系，利用数值方法对垂直一维砂柱的吸渗过程进行了模拟计算，求出了毛细上升过程中的湿度分布和高度与时间的关系。在室内搭建毛细高度测定试验台，以4种粒径范围的筛分洗砂为研究对象，记录了砂中不同时刻的水分上升高度。结果表明：结合砂的扫描结构参数、进气值倒数和孔径分布指数，可较为准确地模拟砂中毛细水的吸渗过程，使得预测砂类路基材料中毛细水的运移过程具有可行性。关键词：道路工程；路基材料；Micro—CT；Brooks—Corey模型；毛细吸渗；高度中图分类号：U414．1+1文献标识码：A文章编号：1002—

3、0268(2014)06—0034—07NumericalSimulationandExperimentalResearchof1DCapillarySuctioninWashedSandColumnDUHong．pul，LIMin2，QICheng．yin91(1．SchoolofEnergyandEnvironmentEngineering，HebeiUniversityofTechnology，Tianjin300401，China；2．SchoolofCivilEngineering，HebeiUniversityofTechnology，Tianji

4、n300401，China)Abstract：Thelargerporecharacteristicdeterminesthewayofthemoisturetransferinsandmaterials．Themoisturedistributionandtherelationbetweencapillaryriseheightandtimeareobtainedbysimulatingnumericallytheprocessofcapillarysuctioninthe1Dverticalsandcolumn，wheretheparametersoffr

5、actaldimensionandporosityaredeterminedthroughthetechnologyofMicro-CTtomographyandthefittingrelationshipofBrooks——Coreymodelaregainedaccordingtothesaturatedhydraulicconductivityandthemediumporeparameter．Meanwhile，laboratoryexperimentofcapillaryriseheightistestedon4sizesofwashedsand，a

6、ndthecapillaryriseheightsatdifferenttimearerecorded．Theresultsshowthatthecapillarysuctionofsandcanbesimulatedaccuratelybyusingparametersofscanningstructure，reciprocalofairentrypressureandporesizedistributionindex．Apredicationtothemigrationofcapillarywaterinsandsubgradematerialscanbe

7、realized．Keywords：roadengineering；subgradematerial；Micro—CT；Brooks—Coreymodel；capillarysuction；height0引言多孔介质作为多相物质共存的一种组合体，其特有的孔隙连通性和多相性等物性，使得内部结构异常复杂。也正是多孔介质的不均匀性和随机性，使得其内部的水分传递尤其是毛细作用下的吸渗性受到广泛重视。路基作为路面的支承结构物，是公路的重要组成部分。其中毛细水的存在对路基土作用较大，导致土体强度降低从而影响到路面结构的耐久性和使用性。毛细水是影响路基稳定的主要途收稿日期：

8、2013—06—17基金项目：国家自然