黏性土失水开裂多场耦合离散元数值模拟

黏性土在失水过程中逐渐变形开裂，裂隙相互交错形成网络，这一过程涉及水热力等多场耦合的作用。本文基于南京大学自主研发的三维离散元软件MatDEM，采用紧密堆积离散元模型对土体开裂进行模拟。在此模型中，每个离散元单元代表一定体积的土颗粒、孔隙和孔隙水的集合体。单元具有含水量属性，并采用有限差分思想计算水分运移量，实现了水分场模拟。同时，考虑水分场对土体抗拉强度等力学性质的影响，建立水分场和应力场的耦合。在数值模拟中，假定土体表面水分以一定速率蒸发，根据试验数据由含水量计算单元直径和力学参数，从而实现黏土蒸发失水、收缩和开裂变形过程模拟。数值模拟与前人室内试验结果基本一致，能较好地再现开裂过程中的各个阶段。本文为研究多场作用下土体变形破坏模拟提供了一个新的思路。