基于二维FDEM的水分扩散-裂隙耦合模型用于模拟土壤干缩开裂

基于组合有限元-离散元法（FDEM），建立了水分扩散-裂隙耦合模型，用于模拟土壤的干缩开裂。该耦合模型首先根据水分扩散模型分析了土壤内部的水分分布，然后计算含水率变化引起的收缩应力，并将其应用到FDEM的系统方程中。最后，如果有新的裂缝产生，则更新相邻实体单元的节点共享关系和网格，用于下一时间步的水分扩散计算。本文通过算例模拟了一维土体中水分迁移、矩形土体中水分减少引起的收缩应力和变形。模拟结果与解析解吻合较好，验证了模型的正确性。利用该模型模拟了土体的干缩开裂过程，数值计算结果中的裂缝演化模式与试验结果吻合较好。此外，还研究了影响土体干缩开裂的几个主要因素，包括弹性模量、收缩系数和土体厚度。水分扩散-破裂耦合模型为研究土壤干缩开裂的力学机制提供了新的研究工具。