基于离散-连续耦合方法的混凝土面板堆石坝宏细观力学演化机理研究

《Powder Technology》：A novel approach for modelling impermeable bonded-particle-structures in resolved CFD-DEM

本文提出了一种离散-连续耦合数值模拟方法，用于研究混凝土面板堆石坝在施工和蓄水期的宏细观力学特性。该方法通过耦合离散元法（DEM）和有限差分法（FDM），实现了从颗粒尺度到结构尺度的多尺度分析，揭示了堆石料微观结构演化与宏观应力-应变响应的内在关联，为高堆石坝变形预测和安全评估提供了新的研究思路。

　　

离散-连续耦合方法原理

连续介质模型可以从宏观角度模拟混凝土面板堆石坝在结构尺度上的力学行为[31]。离散模型可以从精细视角模拟堆石料的细观力学行为。离散-连续耦合分析方法能够更真实地模拟颗粒层面的非线性和大变形特性[38]以及面板堆石坝的整体力学性能。

混凝土面板堆石坝的离散-连续耦合方法

为了在结构尺度上研究堆石料的细观特性，本研究选取了一座混凝土面板堆石坝。构建面板堆石坝的离散-连续耦合模型，对于精确考虑施工过程、蓄水、结构形状以及服役期间材料相互作用等多种因素的影响至关重要。先前的研究已经利用...

基于不同数值模拟方法的面板堆石坝变形特性对比分析

计算了离散-连续耦合方法用于面板堆石坝变形计算的准确性。以3BII区域的耦合模型为例，对比分析了连续模型和离散-连续耦合模型的模拟结果。完工期和蓄水期的坝体变形如图9所示。图表明：① 在完工期，两种方法的...

面板堆石坝服役期间堆石料的精细力学表征

使用离散-连续耦合方法对面板堆石坝进行数值模拟，充分发挥了两种数值模拟方法的优势。有限差分法允许在大连续域内全面分析面板堆石坝的宏观变形、应力分布等结构特性。此外，它还能检查...中堆石料的细观畸变机制。

结果与讨论

本研究通过构建堆石坝的离散-连续耦合模型，揭示了不同坝区在宏细观尺度上的力学演化特征，为理解堆石料在不同荷载条件下的行为提供了关键见解。通过在第4和第5节进行的各种宏细观、定性和定量分析，可以得出以下结果。① 宏观行为的一致性：计算结果...

结论

本文聚焦于混凝土面板堆石坝的三个主要部分，利用离散-连续方法进行建模和分析。通过在耦合域传递速度和力来实现耦合分析。依次分析了公伯峡面板堆石坝在施工期和蓄水期的宏观和细观力学特性。揭示了...等区域细观力学特性的演化机制。