内部侵蚀过程中土体失稳现象与阈值分析

摘要

应用渗流-颗粒耦合的三维数值模型,计算分析土体的内部侵蚀过程。模型采用离散元法(DEM)计算颗粒运动过程,用有限体积法(FVM)计算渗流流场,颗粒运动与流场之间通过共用封闭项耦合。模型复演经典试验得到的颗粒体系流动-变形特性,并建立了有效摩擦系数μeff与颗粒体系稳定性之间的联系,进而刻画了土体在水头阈值Hc下突发性失稳现象:当加载水头小于Hc时,μeff近似等于μ0,此时土体稳定,无内部侵蚀现象;当加载水头达到Hc时,μeff突增至μ1以上,此时土体突然失稳,内部侵蚀发生(μ0和μ1为计算率定值)。论文工作为深入认识堤防和土石坝中渗流侵蚀破坏机理提供了新的思路。