焦华喆等：剪切浓密床层孔隙网络模型与导水通道演化 ·993· 40 量一有剪切 30 b 一量一有剪切 ·一无剪切 一。一无剪切 30 3 水分 剪切 作用 15 有剪切 10 10 无剪切 尾砂絮团剪切作用 1015202530354045 00 50 100150200250 300 棍体半径μm 棍体长度μm 图10有/无剪切作用下棍体半径对比与棍体长度对比.(a)棍体半径：(b)棍体长度 Fig.10 Comparison of stick radius and stick length with and without shearing:(a)stick radius;(b)stick length 3.4剪切作用对球体配位数的影响规律 分布大量由微孔隙和毛细管组成的次导水通道，与 球体配位数在一定程度上反映了孔隙空间的连 主导水通道互相连接形成导水网络.主导水通道在 通性，球体配位数越大就说明球体之间的连通性越 剖面上多呈纵向分布 好，对孔隙结构中水分的运移越有利. 无剪切作用时，孔隙网络中的大直径球体和主 有/无剪切作用下的球体平均配位数分别为 导水通道含量较多：添加剪切作用后，大尺寸球体数 8.41和8.04，剪切作用使球体平均配位数增加了 量减少且球体数量增加，喉道数量增加但大尺寸喉 4.6%.有/无剪切作用下球体最大配位数分别为94 道数量减少，见图12(a).说明剪切作用将主导水 和44，当球体配位数达到15时，剪切作用对孔隙配 通道里面的水分排出，并减少了主导水通道的半径： 位的影响不大 剪切后的主导水通道数量减少 无剪切作用下的配位数在0~5范围内含量最 高达到48.54%；且拟合曲线效果较好，反映出一定 的递减规律，如图11所示.剪切作用下的配位数占 比在5~10范围从25.73%增加至44.58%，配位数 占比增加的比率为73.27%.配位数的增加表示球 体之间的连接更为密集，表明导水通道的数量有所 增加. 50 ☐有剪切 门无剪切 0 拟合曲线 y=52.1247-4.7171x+0.11061x2 20 决定系数=0.9899 图12剪切作用下PNM与导水通道结构演化示意图.(a)PNM 演化示意图：(b)导水通道结构演化示意图 10 15 20 25 30 Fig.12 Schematic diagrams of the PNM and water drainage channel 配位数 evolution with shearing:(a)schematic diagrams of the evolution of 图11球体配位数对比 PNM;(b)schematic diagrams of water drainage channel evolution Fig.11 Comparison of sphere coordination numbers 由图12(b)可以发现，剪切作用产生的作用力 打破了絮团与水之间的静力平衡，尾砂絮团失去松 4高浓度层床剪切排水机理 散排列并在剪切作用和泥层压力下重新排列.水在 4.1剪切作用对导水通道的影响 静压力的作用下沿着导水通道向上排出：床层底部 网络模型中存在着几条主要的导水通道，周边 的孔隙结构得到尾砂颗粒的充填，尾砂浆浓度得到焦华喆等: 剪切浓密床层孔隙网络模型与导水通道演化 图 10 有/ 无剪切作用下棍体半径对比与棍体长度对比 郾 (a) 棍体半径; (b) 棍体长度 Fig. 10 Comparison of stick radius and stick length with and without shearing: (a) stick radius; (b) stick length 3郾 4 剪切作用对球体配位数的影响规律 球体配位数在一定程度上反映了孔隙空间的连 通性,球体配位数越大就说明球体之间的连通性越 好,对孔隙结构中水分的运移越有利. 有/ 无剪切作用下的球体平均配位数分别为 8郾 41 和 8郾 04,剪切作用使球体平均配位数增加了 4郾 6% . 有/ 无剪切作用下球体最大配位数分别为 94 和 44,当球体配位数达到 15 时,剪切作用对孔隙配 位的影响不大. 无剪切作用下的配位数在 0 ~ 5 范围内含量最 高达到 48郾 54% ;且拟合曲线效果较好,反映出一定 的递减规律,如图 11 所示. 剪切作用下的配位数占 比在 5 ~ 10 范围从 25郾 73% 增加至 44郾 58% ,配位数 占比增加的比率为 73郾 27% . 配位数的增加表示球 体之间的连接更为密集,表明导水通道的数量有所 增加. 图 11 球体配位数对比 Fig. 11 Comparison of sphere coordination numbers 4 高浓度层床剪切排水机理 4郾 1 剪切作用对导水通道的影响 网络模型中存在着几条主要的导水通道,周边 分布大量由微孔隙和毛细管组成的次导水通道,与 主导水通道互相连接形成导水网络. 主导水通道在 剖面上多呈纵向分布. 无剪切作用时,孔隙网络中的大直径球体和主 导水通道含量较多;添加剪切作用后,大尺寸球体数 量减少且球体数量增加,喉道数量增加但大尺寸喉 道数量减少,见图 12( a). 说明剪切作用将主导水 通道里面的水分排出,并减少了主导水通道的半径; 剪切后的主导水通道数量减少. 图 12 剪切作用下 PNM 与导水通道结构演化示意图 郾 (a) PNM 演化示意图; (b) 导水通道结构演化示意图 Fig. 12 Schematic diagrams of the PNM and water drainage channel evolution with shearing: ( a) schematic diagrams of the evolution of PNM; (b) schematic diagrams of water drainage channel evolution 由图 12(b)可以发现,剪切作用产生的作用力 打破了絮团与水之间的静力平衡,尾砂絮团失去松 散排列并在剪切作用和泥层压力下重新排列. 水在 静压力的作用下沿着导水通道向上排出;床层底部 的孔隙结构得到尾砂颗粒的充填,尾砂浆浓度得到 ·993·