基于CT图像的岩土细观REV确定及导热模拟

摘要

岩土宏观热力学特性受其细观组分和孔隙/颗粒结构影响。基于已有文献开展分析研究，提出一种确定岩土孔隙率表征单元体（Representative Elementary Volume, REV）的分形近似判据：d₀≈5λ_max,即岩土孔隙率REV为立方体单元，其边长约为研究区内部最大孔隙直径的5倍。基于此，选择砂岩和泡沫混凝土2种不同孔隙率水平的岩土介质进行CT扫描，对孔隙/颗粒结构进行三维重构和表征分析，并以三维重构数字结构为几何模型开展稳态导热有限元模拟。研究结果表明：（1）岩土孔隙率REV与热导率参数约束下的热导率REV大小基本一致；（2）相对于砂岩这种天然岩土介质的复杂孔隙结构，泡沫混凝土作为人工岩土材料，其孔隙结构高斯正态分布规律性相对明显；（3）固流组分热导率数量级的差异性以及岩土孔隙/颗粒结构的复杂性对温度场分布有明显影响，热流发生汇聚、发散和变向，从而引起宏观热导率的变化，增加了该参数研究的复杂性。

关键词

多孔介质 / 表征单元体 / 孔隙率 / 热导率 / 分形