Complex network analysis of pore structures in monodisperse granular materials with varied grain shapes
The University of Melbourne（墨尔本大学）；Hunan University（湖南大学）
本研究利用复杂网络理论分析单分散颗粒材料中不同颗粒形状对孔隙结构和水力行为的影响，揭示颗粒形态与孔隙特性之间的内在联系。
2025-11-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Permeability of mixed soft and hard granular material: hydrogels as drainage modifiers
我们测量水通过玻璃球和软膨胀水凝胶颗粒的混合包装，在恒定的样品体积的流量。对于不同的玻璃珠直径$D$和可变的凝胶颗粒直径$d$，在恒定的样品体积和小于随机紧密堆积的孔隙率下获得渗透率值，如由水的盐度控制的。凝胶含量也不同。我们发现，在$n(D/d)^b$中，渗透性呈指数衰减，其中$n=N_{gel}/N_{glass}$是凝胶与玻璃珠的数量比，$b$约为3。因此，流动特性由凝胶珠的体积分数决定。一个简单的模型的基础上的孔隙度重叠的领域是用来解释这些意见。
2011-03-22 cond-mat.soft
Flow and Jamming of Granular Suspensions in Foams
颗粒泡沫的排水研究的条件下，颗粒不被单独捕获的间隙孔隙空间的收缩。随着颗粒体积分数$ϕ_{p}$的增加，排水速度连续减小。悬浮液堵塞-因此排水停止-对于值$ϕ_{p}^{*}$，其揭示了颗粒尺寸的强烈影响。在占特定的几何形状的泡沫，我们表明，$ϕ_{p}^{*}$占不寻常的约束效应时，颗粒包装成泡沫网络。我们的模型定量的整体行为的悬浮液-从流动到堵塞-考虑明确的发散，其有效粘度在$ϕ_{p}^{*}$。在排水范围之外，预计报告的堵塞转变对与颗粒泡沫相关的所有方面（从老化到机械性能）都具有深刻的意义。
2014-01-13 cond-mat.soft
Fluid drainage in erodible porous media
排水，其中非润湿流体取代润湿流体从多孔介质中，是充分研究的介质与不变的固体表面。然而，许多介质可能会被排水侵蚀，被侵蚀的物质会重新沉积在下游的孔隙中，从而改变进一步的流动。在这里，我们使用理论和模拟来研究这些耦合过程如何改变整体流体位移路径，并帮助重塑固体介质。我们发现了两个新的排水行为具有显着不同的特点，并定量描述的条件下，他们出现。因此，我们的研究结果有助于扩大目前对这些丰富的物理学的理解，并对工业和环境中的排水应用产生影响。
2023-03-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
PFG NMR time-dependent diffusion coefficient analysis of confined emulsion: post drainage phase conformation
在这项工作中，我们提出了一个表征的相结构在水饱和的烧结玻璃珠样品后，油注入，通过分析的时间依赖性的扩散系数从一组一维脉冲场梯度核磁共振（PFG NMR）测量，前和后排水。估计样品的表面体积比和渗透率从排水前PFG测量在水饱和的样品进行了比较，分别与分析和报告的值，并发现在这两种情况下，一个公平的协议。从PFG测量中提取的扩散系数的短时间分析被用来量化排水后的润湿相探测的表面积与体积比的增加。采用双高斯模型分析了排油后PFG实验中水和油的扩散系数，并考虑了两种不同的情况来描述孔隙内的流体构象。对于非润湿相被认为表现出不良连接的几何形状的情况，进行假设在孔内形成水包油液滴的分析，并确定液滴半径的高斯分布。
2020-11-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Investigating frictional instability due to pressurization in granular media: insights from coupled computational fluid dynamics discrete element method
University of Houston（休斯顿大学）
通过三维CFD-DEM耦合模拟，研究排水条件如何通过孔隙压力扩散、排水与接触网络退化间的颗粒尺度反馈控制颗粒剪切层的失稳机制。
2026-06-04 cond-mat.soft physics.geo-ph
Stochastic Pore Collapse Models in Granular Materials
建立了颗粒材料孔隙塌陷的随机模型。首先，推导出塑性流动法则的一般波动应力-应变关系。波动说明了通常在异质材料中观察到的塑性形变的非结合性。其次，一个轴对称球壳压实模型扩展到占由于在孔隙尺度的颗粒相互作用的材料微观结构的波动。这改变了应力-应变本构方程确定孔隙塌陷的动力学。结果表明，随机微分方程可以在统计意义上解释多尺度相互作用。
2020-02-27 cond-mat.soft physics.comp-ph
Thermally Driven Imbibition and Drainage Induced by Terraced Nanostructures
理论分析和完全原子分子动力学模拟揭示了布朗棘轮机制，通过该机制，热波动驱动限制在具有微米或纳米尺度的通道或孔中的不混溶液体的净位移。热驱动位移是由具有方向不对称性的表面纳米结构引起的，并且可以发生在润湿力或毛细力的作用方向上。在分子动力学模拟中，通过解析解Smoluchowski扩散方程的位置概率密度，预测平均位移速率。所提出的物理机制和衍生的分析表达式可以应用于工程表面纳米结构，用于控制不同的润湿过程，如毛细填充，芯吸，吸胀在微米或纳米级系统的动态。
2015-07-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Drainage in a model stratified porous medium
我们表明，当一个非润湿流体排水分层多孔介质在足够小的毛细管数Ca，它只流过介质的粗地层;相比之下，高于阈值Ca，非润湿流体也被迫横向，部分相邻的，更精细的地层。这种局部浸润的空间范围随着Ca的增加而增加。我们定量地了解这种行为，通过平衡地层规模的粘性压力驱动流动与所需的毛细管压力侵入个别孔隙。由于地质构造经常分层，我们预计，我们的研究结果将是相关的一些重要的应用，包括了解石油迁移，防止地下水污染，地下CO $_{2}$存储。
2013-01-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.flu-dyn
A General Criterion for Liquefaction in Granular Layers with Heterogeneous Pore Pressure
流体饱和的颗粒层和多孔层在受到剪切力时会发生液化并失去其抗剪性。在地质系统中，这种过程会导致严重的自然灾害，如土壤液化、加速边坡破坏和大地震。太沙基的有效应力原理预测，当层内的孔隙压力等于施加在层上的法向应力时，发生液化。然而，在动态载荷下，当内部渗透率相对较小时，孔隙压力在空间上是不均匀的，并且不清楚太沙基原理中应该使用什么样的孔隙压力测量。在这里，我们从理论上表明，并证明使用数值模拟液化的一般标准，也适用于孔隙压力的情况下，在空间上是不均匀的。一般准则要求流体饱和颗粒层或多孔层内沿连续表面的平均孔隙压力等于所施加的法向应力。
2013-12-22 cond-mat.soft physics.geo-ph
Stable and unstable capillary fingering in porous media with a gradient in grains size
我们提出了一个理论和实验研究的缓慢排水的多孔介质中的粒度梯度（因此，在典型的孔隙的喉道），在外部引力场。我们数学上表明，这种结构梯度和外力有一个类似的效果，得到的排水模式，当他们稳定的入侵锋。借助新引入的实验装置，基于透明多孔基质的3D打印，我们说明了这种等价性，并将其扩展到前沿不稳定的情况。我们还提出了一些相同的现象，这是符合我们的理论和实验结果的入侵渗流模拟。特别是，我们表明，稳定的排水前沿的宽度主要尺度与平均孔隙侵入阈值的空间梯度和局部分布的这个（无序）阈值。标度指数由逾渗理论得出，二维系统的标度指数为-0.57。总的来说，我们提出了一个统一的理论，最经典的双流体流动的放大。
2022-03-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.flu-dyn
Diffusion compaction coupling controls pore pressure dynamics in granular fluid flows
The University of Edinburgh（爱丁堡大学）；University of Oregon（俄勒冈大学）；Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)（意大利国家地球物理与火山学研究所）
研究通过建立颗粒-流体混合物中孔隙压力演化模型，揭示扩散与压缩耦合对颗粒流流动性的影响机制，提出无量纲源-扩散比Ψ_0控制孔隙压力演变。
2026-04-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Strengthening of foamed composite materials
我们调查的剪切弹性模量的软聚合物泡沫加载硬球形颗粒，我们表明，对于恒定的气泡尺寸和气体体积分数，加强是强烈依赖于这些夹杂物的大小。通过精确控制比例$λ$（比较粒度与泡沫结构中支柱的厚度），我们证明了在$λ\approx 1$下机械行为的转变。对于$λ< 1$，每一个颗粒加载导致一个强化效果，其大小只取决于颗粒的体积分数。相反，对于$λ> 1$，作为$λ$的函数，增强效应突然减弱，并且甚至观察到对于$λ\gtrsim 10$的软化效应。机械行为的这种转变让人想起最近在泡沫颗粒悬浮液的排水框架内报道的所谓的“颗粒排除转变”[Haffner B，Khidas Y，Pitois O.泡沫状颗粒悬浮物的排出。J Colloid Interface Sci 2015. In Press.].它涉及到相对于泡沫网络的颗粒的几何构型的演变，它似乎控制这样的泡沫系统的力学。
2015-07-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Numerical model for granular compaction under vertical tapping
一个简单的数值模型是用来模拟的效果上的单分散硬球填料的垂直抽头。我们的研究结果是在芝加哥和其他以前的模型，特别是关于压实的动力学，压实效率的激励强度的影响，和一些老化的影响与experimantal工作。该模型的主要优点是它允许对填料进行局部分析。使用垂直和横向密度分布以及孔隙的尺寸和体积分布。一个有趣的结果涉及的外观的密度分布在压实过程中的垂直梯度。此外，孔隙的体积分布表明，最小的孔隙，在四面体和八面体网站之间的大小范围内，没有强烈的影响，由攻丝过程中，相反，最大的孔隙是更敏感的压实的填料。
2001-02-22 cond-mat.soft
Transition from viscous fingers to foam during drainage in heterogeneous porous media
本研究采用孔隙网络模型探究非均质多孔介质排水过程，发现粘性指流到泡沫的转变，揭示转变距离的幂律衰减规律及泡沫降低流动性的特性与失稳机制。
2023-07-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Pore-scale modeling of fluid-particles interaction and emerging poromechanical effects
提出了一种颗粒材料的细观流体力学模型。它结合了离散元法（DEM）的固相和孔隙尺度有限体积（PFV）的不可压缩孔隙流体的流动的建模。导出了耦合方程，并与常规孔隙弹性方程进行了对比。在不可压缩相的极限情况下，DEM-PFV耦合和Biot理论之间存在类比。固结仪试验的模拟验证了耦合方案，并证明了模型捕捉强孔隙力学效应的能力。微尺度应变和应力的详细分析证实了与多孔弹性的类比。浸没沉积问题，最后模拟和显示的潜力的方法来处理相变。
2013-04-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Ability of a pore network model to predict fluid flow and drag in saturated granular materials
局部流场和渗流诱导阻力从孔隙网络模型（PNM）相比，浸没边界法（IBM）模拟，线性梯度和双峰样品的范围。PNM使用加权Delaunay Tessellation（DT）以及考虑四面体Delaunay单元合并的修改的Delaunay Tessellation（MDT）生成。在所有线性梯度和双峰样品中，局部压力场被非常准确地捕获。局部通量（流速）表现出更多的分散，但基于MDT的PNM显然提供了更好的相关性与IBM。有密切的相似性，从PNM和IBM获得的网络最短路径，表明PNM捕获占主导地位的流动通道。此外，通过将PNM叠加在流线型剖面上，证明了局部压降与孔隙收缩一致。通过与有序球阵列的解析解进行比较，对PNM计算的阻力进行了严格的验证。随后将该方法应用于所有线性分级和双峰样品，并将计算的力与IBM数据进行比较。线性分级样品能够以合理的精度计算力，而双峰样品表现出稍微更多的分散。
2022-01-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Analysis by x-ray microtomography of a granular packing undergoing compaction
几个收购的X射线显微层析成像已被执行的珠填料，而它压实下的垂直振动。图像分析允许研究其渐进致密化过程中的填料结构的演变。特别是，孔隙的体积分布揭示了一个大的尾巴，符合指数规律，随着系统变得更加紧凑，它慢慢减少。对于大孔隙，这与自由体积理论相当一致。这些结果也是在很好的协议与以前的数值模型所获得的颗粒压实。
2003-08-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Visualizing multiphase flow and trapped fluid configurations in a model three-dimensional porous medium
我们报告了一种方法来充分可视化两个不混溶流体通过模型三维（3D）多孔介质在孔隙尺度分辨率的流动。使用共聚焦显微镜，我们直接图像的排水介质的非润湿油和随后的吸湿流体。在吸胀过程中，润湿液在介质的狭窄缝隙中夹断油丝，形成不连续的油神经节。这些神经节中的一些仍然被困在介质中。通过解析被困神经节的完整3D结构，我们表明，典型的神经节的大小，和残余油的总量，随着毛细管数Ca的增加而减少;这种行为反映了润湿液中的粘性压力和迫使油通过介质孔隙所需的毛细管压力之间的竞争。因此，这项工作显示了孔隙尺度流体动力学如何影响通过3D多孔介质的多相流中的捕获流体配置。
2013-01-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Melting and freezing of argon in a granular packing of linear mesopore arrays
冻结和熔化的Ar冷凝在一个粒状填料的模板生长的阵列的线性介孔（SBA-15，平均孔径8纳米）已研究了比热测量C作为分数填充的孔的函数。虽然界面熔融导致一个单一的熔融峰在C，均匀和非均匀的冻结，以及分层过渡的部分填充的孔导致在一个复杂的冻结机制只能解释通过考虑规则的吸附位点（在圆柱形中孔）和不规则的吸附位点（在壁龛的粗糙的外表面的颗粒，并在点的粉末颗粒的相互接触）。在达到本体液体/蒸气共存时的拉伸压力释放定量地解释了在过度填充中孔时观察到的熔融/冻结温度的上移。
2008-03-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.atm-clus
Linking continuum-scale state of wetting to pore-scale contact angles in porous media
润湿现象在多孔介质流动中起着关键作用。相对渗透率和毛细压力-饱和度函数对润湿性表现出高度敏感性，其在连续体和孔隙尺度上有不同的定义。在连续尺度上，润湿状态被定义为Amott-Harvey或USBM（美国矿业局）通过毛细管压力排水和吸胀循环。在孔隙尺度上，使用接触角的概念，直到最近才通过实验在不透明多孔介质内确定。因此，通过X射线计算机显微断层扫描测量孔尺度接触角的最新进展引起了各种研究团体的极大关注。在这项工作中，高斯-博内定理被应用到提供一个直接的联系毛细管压力饱和$P_c(S_w)$数据和测量的孔隙尺度接触角分布。我们建议，多孔介质的润湿状态可以描述的几何参数，约束不混溶流体的形态状态。该约束描述了给定系统可能存在的可能的接触角和界面曲率的范围。我们目前在测试砂岩的USBM指数，$P_c(S_w)$，和孔隙尺度接触角测量。还使用两相格子玻尔兹曼模拟进行了其他研究，以测试更广泛的润湿条件。我们发现，平均孔隙尺度接触角测量可以预测岩石物理数据在几个差异。这提供了一个一般的框架，如何连续尺度的数据可以用来描述多孔介质内的流体的几何状态。
2019-10-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
On the capillary stress tensor in wet granular materials
本文提出了一种非饱和颗粒介质在摆动制度的细观力学研究，数值实验的基础上，使用离散元方法，相比，一个微观结构弹塑性模型。考虑到水的影响，通过增加毛细血管的接触和他们的后果方面的力量和水量进行了研究。通过模拟三轴压缩试验，研究了部分饱和的宏观和微观效应。由这两种方法提供的结果似乎是在良好的协议，再现的主要趋势的部分饱和的颗粒组装，如剪切强度的增加和硬化与吸力。此外，毛细管应力张量表现出从毛细管力通过使用均匀化技术。宏观和微观的考虑都强调与材料内部的孔隙流体分布有关的毛细应力张量的诱导各向异性。由于这种流体组构的张量性质意味着与吸力有关的固相上的剪切效应，因此与标准的等效孔隙压力假设进行了比较。结果表明，水的影响引起微观结构的现象，不能被认为是在宏观层面上，特别是当处理材料的历史。因此，研究指出，非饱和土应力的定义应包括，除了宏观应力，如总应力，微观颗粒间的应力，如由毛细作用力，为了更准确地解释孔隙流体的力学行为的粒状材料的影响。
2011-05-05 cond-mat.soft
The stochastic flow rule: A multi-scale model for granular plasticity
尽管有许多尝试来模拟致密颗粒流，但仍然没有能够描述不同类型的流动的通用理论，例如筒仓中的重力驱动排水和库埃特单元中的壁驱动剪切流。在这里，我们总结了我们最近提出的随机流规则（SFR），这是能够很好地描述这些情况下，与实验一致，我们专注于测试的理论更详细的暴力模拟与离散元方法（DEM）。SFR是一个通用的速率无关的塑性流动的本构关系，基于流化扩散点。在准二维粒状材料的情况下，我们假设从莫尔-库仑塑性极限状态的应力和假定点进行有偏随机行走沿滑移线，驱动局部应力不平衡。我们比较分析预测的SFR对DEM模拟筒仓和Couette细胞，在后者的情况下进行了几个参数的研究，并找到了很好的协议。
2006-11-15 cond-mat.soft
Micro-mechanical Failure Analysis of Wet Granular Matter
我们采用了一种新的流体颗粒模型来研究不同饱和度下的颗粒土的剪切行为，从干材料通过毛细管桥制度，以更高的饱和度与膨胀集群。考虑到可能的液体形态的全部复杂性，这意味着形成孤立的任意大小的液体集群与个人拉普拉斯压力，通过在晶粒表面上的薄膜通过液体交换演变。液体团簇的尺寸可以增长，收缩，合并和分裂，这取决于局部条件，可访问的液体的变化和由颗粒相决定的孔隙空间形态。该相由基于接触动力学的离散颗粒模型表示，其中从液相施加的毛细管力添加到球形颗粒的运动中。通过三轴剪切试验，研究了不同含液量下体系在外加压力作用下的宏观响应。此外，在压缩过程中由于孔隙空间的变形的液体团簇分布的变化进行评估接近临界载荷。
2016-04-23 cond-mat.soft
Lattice Boltzmann modeling of two-phase flow in macroporous media with application to porous asphalt
多孔沥青（PA）是一种开级配多孔材料，孔隙率为20%，可快速排水，改善驾驶和声学条件。然而，高孔隙率导致与水的显著接触，从而导致较短的预期寿命。为了提高PA的耐久性和性能，必须了解水的分布及其停留时间，这需要捕获各种多相现象。出于这些原因，进行了数值研究，详细分析在PA中发挥作用的流体传输机制，对估计PA的纳米至毫米级的孔结构内的液体分布。在这项研究中，LBM用于复杂多孔区域中的多相流的详细分析。本文发展了一种多相单组分LBM方法，并采用并行计算的方法，对多孔介质中和表面上的不同相分离现象进行了数值模拟。LBM用拉普拉斯定律和动态毛细管侵入测试进行验证，然后用解析解、不同的接触角、管形状和尺寸验证毛细管吸收模拟。本文研究了方管和三角管中的孔弯月面和角部弧弯月面。为了解决雨滴在PA表面上的行为，径流，润湿，钉扎和蒸发的单滴考虑的接触角的变化，表面润湿不均匀性和结构的影响。最后，重力驱动排水在PA研究与LBM根据时间演变的水分分布与实验数据进行比较，显示出良好的协议。这项研究可以更好地了解发生在复杂的多孔介质，即PA，在孔隙尺度上在饱和和不饱和状态下的各种多相流现象，提供信息，提高PA的耐久性和性能。
2018-04-06 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
On the interaction of dilatancy and friction in the behavior of fluid-saturated sheared granular materials: a coupled Computational Fluid Dynamics--Discrete Element Method study
Department of Civil and Environmental Engineering, University of Houston（休斯顿大学土木与环境工程系）
本研究通过耦合CFD-DEM方法，探讨了流体饱和颗粒材料中膨胀与摩擦的相互作用，揭示了破坏模式受孔隙压力控制，并改进了饱和颗粒破坏的机理理解。
2025-12-24 cond-mat.soft physics.geo-ph
A predictive model for fluid-saturated, brittle granular materials during high-velocity impact events
针对高速度冲击下流体饱和脆性颗粒材料，基于孔隙力学和混合物理论构建热力学框架模型，整合颗粒破碎、孔隙演化、冲击加载及流体耦合机制，实现对干沙和饱和沙动态响应的准确预测。
2023-08-31 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Impacts of packed bed polydispersity and deformation on fine particle transport
本研究探讨了静态颗粒填充中孔隙喉道尺寸、多分散性和颗粒变形的关系，通过解析表达式和DEM模拟，证明了多分散性和变形对收缩尺寸及细颗粒传输的显著影响。
2024-10-18 cond-mat.soft
Effect of hydrogel particle additives on water-accessible pore structure of sandy soils: A custom pressure plate apparatus and capillary bundle model
为了探索水凝胶颗粒添加剂对砂土的水可及孔隙结构的影响，我们介绍了一种自定义的压力板方法，其中从湿颗粒填料排出的水的体积作为施加压力的函数进行测量。使用毛细管束模型，我们表明，在保留水每压力增量的差异变化是直接相关的累积横截面积分布$f(r)$的水可访问的孔隙半径小于$r$。这是通过测量从由2 mm直径玻璃珠组成的模型砂土中排出的水来验证的。特别是，排出的水被发现显着地依赖于样品的高度和使用毛细管束模型的分析给出了相同的孔径分布的所有样品。发现该分布近似为对数正态分布，并且发现可进入孔隙空间的总横截面积分数为$f_0=0.34$。然后，我们报告的孔隙分布和总的水可及面积分数的影响，由高吸水性水凝胶颗粒添加剂，均匀地混合到一个固定高度的样品在不同的浓度。在固定体积和自由溶胀条件下，填料中水可进入孔隙的总面积分数随着凝胶浓度的增加呈指数下降。孔的尺寸分布被溶胀的水凝胶颗粒显著改变，使得大孔被堵塞，同时形成小孔。
2013-04-30 cond-mat.soft
Dynamics of Random Packings in Granular Flow
我们提出了一个多尺度模拟算法的非晶材料，我们说明和验证的一个典型的情况下，致密颗粒流。我们的算法是基于最近提出的斑点模型，在一个密集的随机包装的颗粒进行链式集体位移响应扩散的“斑点”的影响，携带轻微过量的间隙自由体积。我们重建的微观动力学粒子的“粗粒”动态斑点通过引入一个本地化的粒子松弛步骤后，每个点引起的块位移，只是为了执行包装约束（相当任意）软核排斥。为了测试该模型，我们研究在多大程度上它可以描述动态的135，000摩擦，粘弹性球颗粒排水模拟离散元法（DEM）。我们发现，只有五个拟合参数（半径，体积，扩散率，漂移速度，和注射率的斑点），斑点模拟能够在很大程度上再现不仅是平均流量和扩散，但也有一些微妙的统计的流动包装，如空间速度相关性和多体结构的相关性。现场模拟运行速度超过100倍，比DEM和演示的可能性，多尺度建模的非晶材料，只要一个合适的模型可以设计为粗粒度的现场动态。
2006-02-16 cond-mat.soft
Immiscible fluid displacement in porous media with spatially correlated particle sizes
多孔介质中的不混溶流体驱替是许多环境过程的基础，包括水在土壤中的渗透、地下水修复、碳氢化合物的强化回收和碳地质封存。微观结构的不均匀性，特别是颗粒尺寸的不均匀性，可以显著地影响不混溶驱替。例如，它可能导致不稳定的流动和优先的位移模式。我们提出了一个系统的，定量的孔隙尺度的颗粒尺寸的排水的部分润湿流体的空间相关性的影响的研究。我们进行孔隙网络模拟不同的流速和不同程度的空间相关性，辅以微流体实验。模拟和实验的位移模式表明，空间相关性导致更优先的入侵，减少捕获的防御流体，特别是在低流速。数值计算结果表明，增大关联长度可以减小流体-流体界面面积，减小保护流体的截留，增加入侵模式的不对称性和选择性。我们的实验，进行低毛细管数，支持这些发现。我们的研究结果描绘了空间相关性对多孔介质中流体驱替的显著影响，与广泛的自然和工程过程有关。
2019-02-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Fluid-driven deformation of a soft granular material
压缩一个多孔的、充满液体的材料将把间隙液从孔隙中挤出，就像从厨房海绵中挤出水一样。然而，将流体注入多孔材料中会使固体结构变形，如在压裂页岩以回收天然气时。这些孔隙力学相互作用在地质和生物系统中发挥着重要作用，从岩浆通过地幔的传播到流体通过活细胞和组织的运输。孔隙弹性理论在模拟相对简单系统的孔隙力学行为方面已经取得了很大的成功，但是这种连续介质理论从根本上受到我们对流体和固体之间孔隙尺度相互作用的理解的限制，并且这些问题在实验室环境中很难研究。在这里，我们提出了一个高分辨率的测量注入驱动的孔隙力学变形的系统与颗粒微观结构：我们注入流体到一个致密的，封闭的单层软颗粒，并使用粒子跟踪揭示多尺度变形场的动态。我们发现，基于多孔弹性理论的连续介质模型捕捉某些宏观特征的变形，但颗粒尺度的变形场表现出戏剧性的偏离光滑，连续的行为。我们观察到颗粒尺度的重排和滞后，以及花瓣状的介观结构，通过螺旋剪切带连接到材料故障。
2015-02-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Particle-induced transition in foams
泡沫的宏观行为与气泡尺度上发生的重排密切相关，其动力学取决于间隙相的流动性。在本文中，我们诉诸排水实验来量化这种流动性的颗粒泡沫，其中颗粒悬浮液被限制在泡沫气泡之间。结果表明，每个研究参数，即气泡尺寸，颗粒尺寸和气体体积分数为一个给定的颗粒体积分数的强烈依赖。这些参数的组合已被确定为控制参数λ，其将颗粒尺寸与通过泡沫孔隙空间内的收缩部的尺寸进行比较。λ突出了急剧的转变：对于λ < 1，颗粒随液体自由排出，这涉及泡沫间隙中悬浮液的剪切，对于λ > 1，颗粒被捕获并且间隙相的流动性强烈降低。
2013-12-23 cond-mat.soft
The Spot Model for random-packing dynamics
玻璃和颗粒状物质等非晶材料的扩散和流动，已经不能用类似于晶体缺陷理论的简单微观描述来描述。早期的模型是基于气体一样的非弹性碰撞或晶体一样的空位扩散，但在这里，我们提出了一个合作机制，密集的随机包装动力学的基础上扩散“点”的间隙自由体积。用点模型进行模拟可以有效地生成真实的流动填料，而且该模型足够简单，便于进行数学分析。从非局部随机微分方程出发，我们推导出示踪剂扩散的连续方程，给出自由体积（斑点）的动态。在整个文件中，我们应用该模型在筒仓颗粒排水，我们也简要地讨论了玻璃松弛。最后，我们讨论了基于点的多尺度建模和模拟的非晶材料的前景。
2005-01-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Fluid-fluid phase separation in a soft porous medium
各种生物和化学过程导致非润湿流体气泡在颗粒介质的孔隙空间内成核和生长，例如在液体饱和的湖床沉积物中形成气泡。在足够软的多孔材料中，这些气泡的非润湿性质可导致在粒状固体骨架内形成开放空腔。在这里，我们认为这一过程通过相分离的镜头，其中热力学管理的非润湿相从流体-流体-固体混合物的分离。我们构建了一个相场模型通知大变形孔隙力学，其中两个不混溶流体与多孔弹性固体骨架相互作用。我们的模型捕捉弹性和流体-流体-固体相互作用的竞争效应。我们使用相场损伤模型来捕捉颗粒固体的力学。作为一个模型问题，我们考虑的初始分布的非润湿流体的孔隙空间，分为多个空腔。我们使用模拟和线性稳定性分析来确定控制相分离的关键参数，有利于形成空腔的条件，以及所得空腔的特征尺寸。
2022-05-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Relation between dry granular flow regimes and morphology of deposits: formation of levees in pyroclastic deposits
为了研究致密火山碎屑流的动力学，进行了干颗粒物质沿斜面流下的实验。该平面是粗糙的，总是比流动更宽，本研究集中在横向无约束（自由边界）flow.We发现，几个流型存在依赖于输入fluxand对平面的倾斜度的情况下。每种流动状态对应于相关沉积物的特定形态。在这些制度之一中，流量达到稳定状态，沉积物表现出类似于小火山碎屑流沉积物上观察到的堤坝/通道形态。堤坝是水流各边界上的侧向静止区与水流中央部分在供水停止后的排水相结合的结果。颗粒偏析features创建过程中的流动，对应于火山碎屑流的存款上观察到的。此外，沉积物形态的测量（通道的厚度、堤坝的高度、沉积物的宽度）与流动的动力学参数（流量、速度、流动的高度）定量相关，从而导致仅从沉积物的测量来研究流动动力学的方式。一些尝试，使自然情况下的扩展进行了讨论，通过实验引入颗粒尺寸的多分散性和颗粒偏析过程。
2004-07-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mechanics of granular column collapse in fluid at varying slope angles
研究了流体中初始体积分数对斜坡上颗粒柱崩塌跳动特性的影响。为了了解颗粒在流体中坍塌的流动动力学，进行了二维亚晶粒尺度的数值模拟。离散元（DEM）技术与格子玻尔兹曼方法（LBM）相结合，用于流体-颗粒相互作用，以了解淹没颗粒流的演变。为了数值稳定性，使用多松弛时间LBM（LBM-MRT）模拟流体相。为了在2D中模拟互连孔隙空间，在LBM计算期间假设颗粒半径（流体动力学半径）减小。将颗粒柱在流体中的坍塌与干燥情况进行了比较，以了解流体对跳动行为的影响。进行参数分析，以评估颗粒特性（初始填充）对0°、2.5°、5°和7.5°倾角下流动和流出距离演变的影响。通过分析滑水、卷水和粘性阻力对颗粒体运动的影响，研究了颗粒体运动的动力学特性。从能量耗散、流动前沿形状、水卷吸和堆积密度演化等机理解释了松散颗粒柱和致密颗粒柱在流体中坍塌流动特性的差异。
2017-06-29 cond-mat.soft physics.geo-ph
Tuning the bulk properties of bidisperse granular mixtures by small amount of fines
利用离散元模拟方法研究了各向同性双分散颗粒混合物的体积性质。重点是两种组分的尺寸（半径）比和体积分数对混合物性质的影响。我们表明，一个致密的颗粒（基地）组件的有效体积模量可以提高高达20%，取代少至5%的体积与较小尺寸的颗粒。相似尺寸的颗粒几乎不影响混合物的宏观性质。在另一个极端，当包含大量的细颗粒时，它们中的大多数位于基材的空隙中，充当振动器，导致整体弱化效果。在这两个极限之间，找到了一个最佳的尺寸比，使混合物的体积模量最大化。对于松散的系统，体积模量随着细粉的加入而单调下降，而与尺寸比无关。最后，我们涉及的混合物性质的“典型的”孔径在一个无序的结构所引起的操作体积分数（固结）和尺寸比的综合效应。
2016-07-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Origin of slow earthquake statistics in low-friction soft granular shear
Department of Earth and Space Science, The University of Osaka（大阪大学地球空间科学系）
本研究通过实验表明，低摩擦软颗粒剪切导致慢地震统计，其特征与水热条件下断层材料的粘滑行为一致。
2025-12-01 cond-mat.soft physics.geo-ph
Heat and super-diffusive melting fronts in unsaturated porous media
本研究通过吉布斯-汤姆逊方程和幂律孔径分布，推导出非饱和多孔介质中融化锋的非线性扩散方程，揭示其超扩散传播特性，并应用于地质系统，表明冰点降低使融化影响深度显著增加。
2025-08-07 cond-mat.soft
The Effect of Confinement on Capillary Phase Transition In Granular Aggregates
利用三维平均场格子气模型，分析了约束效应对不同无序度的颗粒聚集体中毛细相变性质的影响，以及通过颗粒与孔隙互换得到的逆多孔结构.令人惊讶的是，限制效应被发现是不太明显的颗粒状聚集体，而不是多孔结构。我们表明，这种差异可以理解的表面-表面的相关长度通过流体域的连接路径，这表明该长度捕获的真实程度的限制。我们还发现，这些多孔材料中的液-气相变在毛细临界温度附近具有二级性质，这表明代表了真正的临界温度，即与无序程度和固体基质的性质（离散或连续）无关。根据有限尺寸标度分析的临界指数表明，这种转变属于P.G. de Gennes的方法，其基本的随机场由流体-固体相互作用中的局部无序引起。
2020-08-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Migration, trapping, and venting of gas in a soft granular material
气体通过软颗粒材料的迁移涉及气体运动和材料变形之间的强耦合。这一过程与许多自然现象有关，如沉积物中的气体排放和岩浆中的气体出溶。在这里，我们通过将空气注入软颗粒的准2D包装中并测量空气侵入时的形态，然后由于浮力而上升，从而实验性地研究了这一过程。我们系统地增加了围压预应力的包装压缩它与流体可渗透的活塞，导致迁移制度从流体化的通道开放孔隙入侵的逐渐过渡。我们发现，混合迁移制度出现在中间的限制，由于自发形成的压实层在顶部的流动池。通过将这些迁移机制与宏观入侵，捕获和通风，我们表明，混合制度使被困在包装内的气体的平均量急剧增加，以及更大的排气事件。我们的研究结果表明，入侵，捕获和排气之间的关系可以通过调节围压来控制。
2020-08-31 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Stress-induced anisotropy in granular materials: fabric, stiffness, and permeability
颗粒材料的加载引起颗粒排列（织物）和材料强度、增量刚度和渗透性的各向异性。织物各向异性的13个措施的开发，这是安排在四个类别：作为首选的取向的颗粒体，颗粒表面，接触法线，和空隙空间。通过图像分析和闵可夫斯基张量描述的空隙的各向异性。加载过程中各向异性变化的十三种测量方法，由恒定平均应力下双轴平面应变压缩的三维离散元模拟确定。模拟了具有四种不同颗粒形状的组件。接触方向的措施是最敏感的加载，它们在小应变变化很大，而其他措施滞后的加载过程，并继续改变超过峰值应力的状态，甚至在偏应力几乎达到稳定状态。本文实现了一种方法，用于表征增量刚度的颗粒组件在双轴向加载，正交各向异性加载增量，保持主轴的织物和刚度张量。亚塑性切向刚度的线性部分用体积加载增量监测。该刚度在初始压缩载荷的方向上增加，但在延伸方向上减小。这种刚度的各向异性与接触织物的特定测量密切相关。渗透率在三个方向上测量与格子玻尔兹曼方法在不同阶段的加载和与四个粒子形状的组件。有效渗透率与方向平均自由程呈负相关，与孔隙宽度呈正相关。
2018-12-19 cond-mat.soft
Transient flows and migration in granular suspensions: key role of Reynolds-like dilatancy
我们调查的瞬态动力学的剪切悬浮液的中性浮力颗粒在压力施加的条件下，受到突然变化的剪切速率或外部压力。离散元法模拟表明，取决于流动参数（颗粒和系统的大小，初始体积分数），悬浮液的早期应力响应可能会强烈不同于基于稳态流变学的悬浮平衡模型的预测。我们表明，一个两相模型，结合Pailha & Pouliquen（2009）的类Elderolds双折射定律，该定律规定了应变尺度$γ_0$上悬浮液的膨胀率，定量地捕获了整个参数范围内的悬浮液膨胀/压实。与达西流引起的孔隙压力梯度在扩张或压实，这类的Dracholds-like brachancy意味着，早期的应力响应的悬浮液是非局部的，与非局部的长度尺度$\ell$的规模与颗粒大小和代数发散堵塞。在受$\ell$影响的区域中，应力水平不是通过稳态流变学而是通过由膨胀/压实速率产生的达西流体压力梯度来固定的。我们的研究结果延长了有效性的类类的非线性流动规则，最初提出的堵塞悬浮液，流动悬浮液低于$ϕ_\mathrm{c}$，从而提供了一个统一的框架来描述膨胀和剪切引起的迁移。他们铺平了道路，了解更复杂的不稳定流动的稠密悬浮液，如冲击，瞬态雪崩或脉冲响应的剪切增稠悬浮液。
2021-10-05 cond-mat.soft
Characterization of Void Space, Large-Scale Structure, and Transport Properties of Maximally Random Jammed Packings of Superballs
颗粒的致密无序堆积是物质、生物系统、粒状介质和胶体系统的低温无定形相的有用模型。非球形颗粒的密堆积的研究使人们能够确定旋转自由度如何影响堆积行为。在这里，我们研究超级球，一个大家庭的变形的领域，定义在三维空间的$|x_1|^{2p}+|x_2|^{2p}+|x_3|^{2p}\leq1$，其中$p>0$是一个变形参数，表示到什么程度的形状偏离一个领域。随着$p$从球点（$p=1$）增加，超级球达到立方对称，当$p<1$。超级球填料的先前表征已经表明，它们具有最大随机堵塞（MRJ）状态，其性质（例如，填充分数$ϕ$）随着$p$偏离1而非解析地变化。在这里，我们使用事件驱动的分子动力学算法产生MRJ超级球包装。我们通过研究它们的结构因子和谱密度的小$Q$行为来表征它们的大尺度结构，这表明这些填充是有效的超均匀的。我们表明，平均宽度$\bar{w}$是一个有用的长度尺度，使距离无量纲，以系统地比较不同形状的超级球。我们还计算了互补的累积孔径分布$F(δ)$，发现孔径随着$|1-p|$的增加而减小。从$F(δ)$，我们估计的流体渗透性，平均存活时间，和主要的扩散松弛时间的填料。此外，我们计算了扩散的可展性，发现长时间的幂律标度表明这些填充是超均匀的。我们的研究结果可以用来帮助通知颗粒材料的设计与目标密度和运输性能。
2022-05-06 cond-mat.soft
Quantification of the Heterogeneity of Particle Packings
凝聚胶体颗粒的微观结构受颗粒表面电位的影响很大，颗粒间电位可用DLVO理论描述。取决于其值，在相同的体积分数下，所得的微观结构是更“均匀”的或更“不均匀”的。然而，结构的异质性程度（DOH）的充分量化还不存在。在这项工作中，方法来量化，从而分类的DOH的微观结构进行了研究和比较。使用由布朗动力学模拟产生的颗粒堆积评估三种方法：（1）孔径分布，（2）密度波动方法和（3）Voronoi体积分布。每种方法都通过拟合函数或积分中的参数提供标量测量，其与微观结构的异质性相关，从而首次允许定量捕获颗粒材料的DOH。两种结构之间的密度波动的差异的分析，另外允许详细确定的长度尺度上的异质性的差异是最明显的。
2009-11-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Injection-rate effects on failure in a fluid-saturated granular fault gouge
Institute of Earth Sciences, Hebrew University of Jerusalem（耶路撒冷希伯来大学地球科学学院）；Faculty of Science, Jan Evangelista Purkyně University in Ústí nad Labem（乌斯季纳拉贝姆扬埃万杰利斯塔普尔金耶大学理学院）；Faculty of Science, Charles University（布拉格查理大学理学院）；Université de Strasbourg（斯特拉斯堡大学）；Institut Terre et Environnement de Strasbourg（斯特拉斯堡地球与环境研究所）；PoreLab, The Njord Centre, Departments of Physics and Geosciences, University of Oslo（奥斯陆大学物理与地球科学系尼约德中心孔隙实验室）
通过解析理论和耦合流体-颗粒数值模拟，揭示注入速率通过压力非均匀性控制断层泥破坏的机制，为地工操作注入方案设计提供定量指导。
2026-06-16 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Impact of sample geometry on the measurement of pressure-saturation curves: experiments and simulations
在本文中，我们研究了样品的几何形状的压力-饱和度关系的测量的影响，通过分析的两相流从一个准二维随机多孔介质的排水。介质是透明的，这允许在流动期间直接可视化侵入模式，并且最初用粘性液体（染色的甘油-水混合物）饱和。随着液体中的压力逐渐降低，空气从开放的入口渗透，取代从相对侧上的出口离开系统的液体。记录压力测量值和血流图像，并计算压力-饱和度关系。我们表明，这种关系取决于系统的大小和纵横比。系统的边界对这种关系的影响进行实验测量，并与使用入侵渗流算法产生的模拟比较。在入侵过程的开始和结束时的压力建立特别受到系统边界的影响，而在模型的中心部分（当空气前锋远离这些边界时），入侵发生在统计上恒定的毛细管压力下。这些观察使我们提出了一个简化的压力-饱和度关系，适用于足够大的系统，使入侵不受边界效应的影响。这种关系的性质取决于毛细管压力阈值分布，样品尺寸和平均孔隙连通性和它的应用程序可能是特别感兴趣的模拟两相流在大的多孔介质。
2015-12-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Hierarchical bubble size distributions in coarsening wet liquid foams
本研究通过微重力实验发现湿泡沫粗化过程中存在分层气泡分布，揭示了临界液相分数 $ϕ^*$ 大于随机密堆积分数 $ϕ_{rcp}$ 的现象，提出了湿泡沫粗化的新综合视角。
2023-07-31 cond-mat.soft
