Molecular dynamics modeling of a partially saturated clay‐water system at finite temperature
Molecular dynamics modeling of a partially saturated clay‐water system at finite temperature
复制标题
有限温度下部分饱和粘土-水系统的分子动力学建模
DOI：
10.1002/nag.2944
复制
发表时间：
2019
影响因子：
4
通讯作者：
Wang, Miao‐Chun
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Song, Xiaoyu;Wang, Miao‐Chun
非等温条件下非饱和粘土的力学和水力学性质在岩土工程应用中具有实际意义，如地热能收获，垃圾填埋场覆盖设计和核废料处理设施。粘土颗粒间的水密性影响着非饱和粘土的力学和水力特性。分子动力学（MD）模拟已被证明是在原子尺度上研究粘土结构及其流体力学行为的有效方法。在这项研究中，我们通过高性能计算研究了温度升高对部分饱和粘土-水系统的毛细力和毛细压力的影响。在不同的高温下，通过全尺寸的MD模型研究了两个平行粘土颗粒之间形成的水弯月面。计算结果表明，温度的升高在原子尺度上影响毛细力、毛细压力和接触角。并将分子动力学模拟结果与宏观理论计算结果进行了比较。部分饱和粘土-水系统的全尺度MD模拟不仅可以在原子尺度上提供温度对此类系统界面物理的影响的基本理解，而且通过高性能计算直接提供此类材料的界面物理特性，在制定基于物理的非饱和土壤多尺度模型方面具有实际意义。
The mechanical and hydraulic properties of unsaturated clay under nonisothermal conditions have practical implications in geotechnical engineering applications such as geothermal energy harvest, landfill cover design, and nuclear waste disposal facilities. The water menisci among clay particles impact the mechanical and hydraulic properties of unsaturated clay. Molecular dynamics (MD) modeling has been proven to be an effective method in investigating clay structures and their hydromechanical behavior at the atomic scale. In this study, we examine the impact of temperature increase on the capillary force and capillary pressure of the partially saturated clay‐water system through high‐performance computing. The water meniscus formed between two parallel clay particles is studied via a full‐scale MD modeling at different elevated temperatures. The numerical results have shown that the temperature increase impacts the capillary force, capillary pressure, and contact angle at the atomic scale. The capillary force on the clay particle obtained from MD simulations is also compared with the results from the macroscopic theory. The full‐scale MD simulation of the partially saturated clay‐water system can not only provide a fundamental understanding of the impact of temperature on the interface physics of such system at the atomic scale, but also has practical implication in formulating physics‐based multiscale models for unsaturated soils by providing interface physical properties of such materials directly through high‐performance computing.
登录
查看更多内容
影响因子：
2.2
作者：
D. Katti;S. Schmidt;Pijush K. Ghosh;K. Katti
通讯作者：
D. Katti;S. Schmidt;Pijush K. Ghosh;K. Katti
影响因子：
4.7
作者：
Gray, William G.;Miller, Cass T.;Schrefler, Bernhard A.
通讯作者：
Schrefler, Bernhard A.
DOI：
--
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
--
作者：
K. Sjoblom
通讯作者：
K. Sjoblom
润湿、毛细管力和颗粒稳定乳液的计算机模拟：从分子尺度到介观尺度建模
DOI：
--
发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
--
作者：
Hiroyuki Shinto
通讯作者：
Hiroyuki Shinto
分离压力对薄膜与毛细管弯月面过渡区平衡界面轮廓的影响
DOI：
10.1016/j.colcom.2014.06.002
发表时间：
2014
期刊：
Colloids and Interface Science Communications
影响因子：
--
作者：
Kuchin I
通讯作者：
Kuchin I