[发明专利]一种吹填淤泥土真空预压淤堵层颗粒特性处理方法和系统

说明书

本申请公开了一种吹填淤泥土真空预压淤堵层颗粒特性处理方法和系统，系统包括CFD‑DEM求解器Sedifoam和验证模块，所述CFD‑DEM求解器Sedifoam：用于建立包含PVD膜和吹填淤泥土的三维数值淤堵模型；所述验证模块：用于对所述CFD‑DEM求解器Sedifoam和所述三维数值淤堵模型进行验证。本发明在耦合的CFD‑DEM求解器中，建立了PVD膜和吹填淤泥土的三维数值模型，以研究真空梯度下吹填淤泥土颗粒的迁移和淤堵层的形成过程，对比分析淤堵层内部不同尺寸，不同位置的淤泥土颗粒的运动学特性。

技术领域

本申请涉及吹填淤泥土研究应用技术领域，具体而言，涉及一种吹填淤泥土真空预压淤堵层颗粒特性处理方法和系统。

背景技术

随着近海的海砂逐渐枯竭，目前我国的填海造地大多采用吹填淤泥填筑。淤泥初始含水量可高达80％～200％，实际处于流体态，因此强度可以忽略不计。通过插入预制垂直排水板(PVD)并将其与负压连接的真空固结法已被广泛应用于淤泥土地基的加固中。

现有的现场测量表明，只有在邻近PVD的浅埋土中才能观察到淤泥土地基强度的明显改善。经过有效改良的土体形成一个圆柱形区域，一般称为土桩，其轴线沿PVD方向，直径随深度的增加而减小。然而，在自然沉积软土的真空固结中，还没有这样的土桩。人工土(即吹填淤泥土)与自然沉积软土在真空处理中的不同行为一般归因于PVD处理高含水量软土所固有的淤堵效应。

已有的研究多采用孔隙水压力消散，地面沉降和出水量等宏观指标来表征淤堵效应。淤堵的相应微观过程可能包括:(1)真空梯度下土颗粒进入并停留在PVD膜中，使PVD膜的渗透率降低；(2)土颗粒在水力梯度作用下向PVD膜上移动并堆积，形成可压缩的淤堵层；(3)细颗粒进一步填充淤堵层的空隙，使淤堵层更加致密；(4)淤堵层的形成/压缩以及微细颗粒在淤堵层中的滞留，降低了淤堵层的孔隙度和孔隙连通性，导致渗透率下降，从而产生淤堵效应。然而目前微观过程对淤堵的影响机理尚不清楚，也缺乏对微观过程探究的方法。离散单元法(DEM)和计算流体力学(CFD)方法为再现上述微观过程提供了有效的途径。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种吹填淤泥土真空预压淤堵层颗粒特性处理方法和系统，以解决目前的问题。

为了实现上述目的，本申请提供了如下技术：

本发明第一方面在于提供一种吹填淤泥土真空预压淤堵层颗粒特性处理方法，包括如下步骤；

S1、建立CFD-DEM求解器Sedifoam；

S2、基于得到的所述CFD-DEM求解器Sedifoam，建立包含PVD膜和吹填淤泥土的三维数值淤堵模型；

S3、验证所述三维数值淤堵模型；

S4、获取淤堵层中淤泥土颗粒运动特性结果。

优选地，在步骤S1中，所述建立CFD-DEM求解器Sedifoam，具体为：

获取CFD求解器和DEM求解器；

耦合所述CFD求解器的Openfoam和所述DEM求解器的LAMMPS，获得所述CFD-DEM求解器Sedifoam。

优选地，在步骤S1中，在所述建立CFD-DEM求解器Sedifoam之后，还包括：

S101、通过解析方程对所述CFD-DEM求解器Sedifoam进行验证，包括：

预设单个球形颗粒在粘性流体中的速度阀值和拖曳力阀值；

基于所述CFD-DEM求解器Sedifoam建立包含单个球形颗粒和粘性流体的三维数值模型；