粘性粉土颗粒沉降动力学的颗粒解析模拟研究

粘性泥沙的沉降在水环境中普遍存在，对其沉降过程的研究对工程和环境都很重要。在沉降过程中，由于颗粒间凝聚力的影响，粉土颗粒表现出不同于非粘性颗粒的特性。例如，粘性粉土在沉降过程中形成的絮体会使填料松动，因此粘性粉土层的结构密度比非粘性砂层的结构密度小得多。虽然人们一致认为粘性行为取决于沉积物颗粒的特征（例如，键数、粒度分布），但对于这些特征对粘性行为的确切影响知之甚少。此外，由于粉土的粘聚力是由颗粒间的粘聚力引起的，因此需要解决粉土颗粒的运动和接触问题，以研究沉降过程中的这些粘聚力。然而，基于颗粒分解法的粉土颗粒沉降过程中的粘性行为研究还很缺乏。本文采用CFD-DEM（计算流体力学-离散单元法）对三维沉降过程进行了数值研究。考虑了粒子间碰撞力、范德华力和流体-粒子相互作用力。根据文献中的试验装置，利用该数值模型对淤泥的阻碍沉降过程进行了模拟。模拟结果，包括床层结构密度、特征线和颗粒终末速度，与文献中的实验观察结果非常一致。据作者所知，这是首次分别研究了无量纲键数和颗粒多分散性对淤泥层结构密度的影响。结果表明，粉土在沉降过程中的粘聚力主要是粉土颗粒之间的粘聚力和颗粒的多分散性共同作用的结果