基于格子博尔兹曼方法表征体元尺度土体细观渗流场的数值模拟

为了研究土体的细观渗流特性，假设土体是完全饱和且在渗流过程中水分的流动始终处于层流状态。考虑宏观统计参数（孔隙率、渗透率及有效黏滞系数等）的影响，基于表征体元（rev）尺度的格子博尔兹曼（boltzmann）方法，建立了压力作用下土体细观渗流的数值模型。采用d2q9模型考虑水分流动的离散速度分布，宏观边界条件为左右侧面为不透水边界，上下边界设置不同的密度来控制压力边界，在微观边界条件上采用非平衡态外推格式。编制相应的计算程序，将计算区域内的多孔介质材料设置成流体（孔隙率1.0，渗透率），验证了经典的poiseuille流。此外，结合算例分别讨论了土体在压力作用下孔隙率、渗透率及渗透压力等影响因素与渗流速度的相互关系，研究表明该数值方法与darcy定律得到的计算结果较为吻合。因此，基于rev尺度的格子boltzmann方法可以有效地模拟土体的渗流机制，为进一步研究土体渗流特性提供了一种新的研究手段。