基于改进三维DDA-SPH耦合方法的土石混合体动力学行为研究

本文提出一种改进的三维非连续变形分析（DDA）与光滑粒子流体动力学（SPH）耦合算法，通过面基多壳层接触检测算法、改进的接触力模型及SPH模块中非线性软化本构模型，有效模拟了土石混合体（SRM）边坡在大变形条件下的动态响应。研究发现低球形度块体通过限制变形域和增强旋转运动显著影响滑坡沉积模式，为地质灾害防治提供了新见解。

　　

Highlight

改进的接触算法

在DDA-SPH模型中，DDA块体代表岩体或结构体，SPH粒子代表土体。DDA块体作为SPH粒子的动态边界，当粒子靠近这些运动块体界面时需要特殊边界处理。采用基于莫尔-库仑破坏准则的罚函数法计算DDA块体与SPH土体粒子间的相互作用力。在罚函数法中，DDA块体与SPH粒子间的相互作用力通过虚拟嵌入距离和罚刚度计算，并通过区分粒子-面（P-F）、粒子-边（P-E）和粒子-顶点（P-V）接触类型来提升计算精度。

SRM边坡失效机制影响

岩块形状在决定SRM边坡行为中起关键作用。理解块体球形度在SRM变形中的作用有助于开发更可靠的预测模型，并为复杂地质环境下的灾害预防和风险管理实践策略提供信息。为研究岩块含量与形状对SRM边坡行为的联合影响，构建了具有两种不同球形度和三种岩块含量（30%、40%、50%）的系列SRM边坡模型。

结论

本研究改进并应用三维DDA-SPH方法模拟SRM边坡，旨在分析岩块球形度和含量对边坡破坏的影响。改进包括采用面基多壳层覆盖策略的接触检测算法，显著加速了DDA块体间及DDA块体与SPH粒子间接触的识别。此外，通过区分接触类型改进了DDA与SPH间相互作用力的计算，并在SPH中引入非线性软化本构模型以更好捕捉土体大变形行为。数值模拟表明，低球形度不规则块体通过限制变形局部化失效带和减少滑移体积来增强边坡稳定性，而高球形度块体则促进旋转运动导致更分散的沉积模式。这些发现为岩土工程中混合地质材料的分析提供了新视角。