MultiFracS的三维湿度-断裂耦合离散模型发表于JRMGE

【最新论文】Yan Chengzeng*, Wang T. A 3D discrete model for soil desiccation cracking in consideration of moisture diffusion. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 2024, doi:10.1016/j.jrmge.2023.12.024. (IF=7.3)

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土体干缩开裂一种常见自然现象。数值模拟是研究土体干缩开裂机理的有效方法。本研究建立了三维湿度扩散离散模型，该模型能够考虑开裂对湿度扩散的影响，并允许水分在裂缝两侧不连续。然后，对连续介质中湿度扩散问题进行研究，并对湿度扩散离散模型中的湿度交换系数进行了参数分析，并给未断裂节理单元的湿度交换系数的选择标准。随后，提供了一个含单条裂缝的介质中的湿度迁移的例子，以说明裂缝对湿度迁移的阻碍作用。最后，将3D湿度扩散离散模型与有限-离散元法(FDEM)相结合，建立了湿度扩散-断裂耦合模型，该模型是MultiFracS软件三个湿度-断裂耦合模型之一，以研究条形土体和矩形土体干缩开裂的裂缝模式。定量分析了裂缝面积和体积随含水量的变化。条形土体中的裂缝建模数量和平均宽度与实验结果具有良好的一致性，矩形土体的裂缝模式与现有的数值结果吻合较好。此外，对影响土体干缩开裂的因素进行了研究。

图1 条形土样干缩开裂及最大主应力分布

图2 收缩系数对条形土样干缩开裂的影响

图3. 方形土样干缩开裂，最大主应力分布及裂纹面积和体积演化

图4. 蒸发速率对方形土体干缩开裂的裂纹形态的影响

图5 边界条件对方形土体干缩开裂裂纹形态的影响

图6 厚度对方形土样干缩开裂裂纹形态的影响