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褚召祥, 王一鸣, 李晓昭, 董凯军, 顾晓滨, 贾国圣. 岩土热导率预测正三棱柱-准内切球单元结构模型[J]. 岩土工程学报. DOI: 10.11779/CJGE20230900
引用本文: 褚召祥, 王一鸣, 李晓昭, 董凯军, 顾晓滨, 贾国圣. 岩土热导率预测正三棱柱-准内切球单元结构模型[J]. 岩土工程学报. DOI: 10.11779/CJGE20230900
Regular triangular prism-quasi inscribed sphere unit cell model for effective thermal conductivity of geomaterials[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering. DOI: 10.11779/CJGE20230900
Citation: Regular triangular prism-quasi inscribed sphere unit cell model for effective thermal conductivity of geomaterials[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering. DOI: 10.11779/CJGE20230900

岩土热导率预测正三棱柱-准内切球单元结构模型

Regular triangular prism-quasi inscribed sphere unit cell model for effective thermal conductivity of geomaterials

  • 摘要: 借鉴细观力学均质化思想,采用集总参数-热电类比法,在细观孔隙/颗粒尺度建立了固流两相(干燥/饱和)岩土热导率预测正三棱柱-准内切球单元结构(Unit cell)模型,并基于112组不同工况砂土热导率预测和实验数据进行了对比分析。研究结果表明:(1)正三棱柱-准内切球单元结构在克服球、圆柱单元结构固有的空间修正缺陷同时,相对立方体-准内切球单元结构,孔隙率适用范围扩展至0~0.6,可覆盖大部分天然岩土介质孔隙率范围(孔隙比0~1.5);(2)MATLAB数据可视化显示正三棱柱-准内切球单元结构模型预测热导率随孔隙率增大呈凹形降低,低孔隙率(< 0.2)岩土热导率预测结果偏低且趋向串联模型下限,高孔隙率(0.3~0.6)岩土热导率预测结果与实验测试值吻合度较高;(3)两相状态下以砂土为例,除基于实验结果的经验拟合模型外,本模型相对其他单元结构理论模型预测效果更好,尤其在干燥状态时均方根误差RMSE和归一化均方根误差NRMSE最小,分别为0.13W/(m.K)和32%。如果考虑岩土孔隙水形态和含量,本文提出的正三棱柱-准内切球单元结构可扩展应用于固液气三相非饱和状态,并基于颗粒结构、孔隙水形态提出了进化视角下固液气组分和多孔/颗粒结构主导的岩土热导率预测关联式单元结构模型研究的新思路。

     

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