各向异性砂土渗流潜蚀流体动力学-离散元流固耦合分析

针对具有初始各向异性的间断级配砂土细粒潜蚀问题，引入可以考虑颗粒投影面积影响的Ganser拖曳力计算模型，实现非球形颗粒的计算流体动力学（computational fluid dynamics，简称CFD）和离散元（discrete element method，简称DEM）的双相耦合。通过与单颗粒下沉试验的对比，验证了该数值方法在解决异形颗粒与流体相互作用时的适用性。在此基础上，生成具有不同沉积方向和不同细粒含量的初始各向异性试样，模拟向上渗流潜蚀试验，并在试验中监测细粒流失量、强弱力链组成以及颗粒组构变化等宏微观特性，研究不同充填状态下（欠填充和过填充）不同组构各向异性土体渗流潜蚀特征。之后，对受潜蚀前后的试样进行了排水三轴试验，探究渗流对土体强度弱化的影响。结果表明，过填充试样质量损失随着颗粒沉积角度的增大而增大，而欠填充试样质量损失随沉积角度先增大后减小；欠填充试样细粒损失主要来源于低连通性细颗粒，而对于过填充试样，潜蚀则会导致低连通性和高连通性细颗粒数量同时减小。此外，三轴试验表明，潜蚀致土体峰值强度发生显著弱化，且峰值强度随沉积角度的变化也会受到土体充填状态的影响。