非饱和土壤与孔隙流体耦合水力-机械行为的双相动态物质点法模拟
编号:105
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更新:2024-04-10 17:09:59 浏览:154次
口头报告
摘要
许多自然灾害,例如降雨引发的滑坡、湿润导致的堤坝坍塌、以及渗流引起的大坝和堤坝的不稳定破坏,均涉及非饱和土的大变形。这些现象的研究要求考虑土壤固体骨架与孔隙流体之间的复杂流-固耦合相互作用,并对大变形进行建模以预测失效后的行为,这给数值计算带来了极大的挑战。本文提出了一种基于两点式双相物质点法(MPM)的新颖方法,以解决流体与非饱和土壤在大变形影响下的耦合水力学问题。该方法的控制方程关键在于,考虑了两组拉格朗日物质点来分别表示土壤骨架和孔隙水层。其本构模型将土壤骨架建模为基于Drucker-Prager模型的弹塑性材料,孔隙水处理为弱可压缩流体。该控制系统采用广义插值物质点(GIMP)方法离散化,并采用显式求解方式进行求解。通过三个案例验证了该方法在模拟非饱和土壤与孔隙流耦合的水力-机械行为中的有效性,特别是在揭示冲刷或降雨影响下非饱和边坡破坏过程中冲击-渗流-侵蚀-变形的响应机理。此外,通过与试验结果进行对比,证明了所提出的双相两点式MPM公式和模拟方法能够有效模拟各种水土耦合问题,是研究非饱和土壤大变形问题的有力工具。
关键词
非饱和土壤,流-固耦合,物质点法,显式求解,大变形
稿件作者
张云龙
中国科学院大学力学研究所
刘传奇
中科院力学所
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