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考虑动态流体网格的颗粒-流体耦合算法

2021-06-29何金辉李明广陈锦剑夏小和

上海交通大学学报 2021年6期

何金辉,李明广,陈锦剑,夏小和

(上海交通大学 土木工程系, 上海 200240)

由于天然土具有散粒性及含水性,采用微观流固耦合方法进行岩土材料不排水特性分析已成为越来越多学者的选择.目前,微观耦合法主要有基于离散-连续耦合理论的管域法和粗网格法[1].管域法按照初始颗粒的分布划分流体域,不同流体域通过管道进行流体交换[2].该方法简单直观,易于实现,近年来得到了广泛应用.Zhang等[3]采用管域法模拟了黄土中裂隙注浆及其发展过程,并同模型试验结果进行了对比分析,发现最终都会形成“Y”形注浆裂缝.Zeng等[4]通过管域法研究了横向各向同性岩体中水压致裂的机理,并对注水速率、地应力比和倾角等参数进行了敏感性分析.Wang等[5]在管域法基础上,根据流动守恒原则重新建立了流体压力更新准则,并通过稳态饱和介质渗流验证了方法的可靠性.尽管管域法可简化耦合模拟过程并获得较为准确的结果,但流域结构的分布只与颗粒初始位置有关,而不会根据颗粒位移进行更新,因此仅适用于小变形的情形.

粗网格法对颗粒群划分初始流体网格,通过求解N-S方程来更新流体信息并计算流体对颗粒的作用力[6].因计算方便,许多学者采用该方法研究宏观现象机理,推动了相关理论的发展.如Zeghal等[7]采用粗网格法研究了饱和无黏性沉积土在动态激励作用下的液化机理,揭示了若干沉积质液化的微观力学机理和响应模式.Tao等[8]通……

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