一种CFD-DEM流固耦合方法在渗流导致城市地面沉降问题中的应用

摘要：

城市地面沉降的主要原因之一是地下水渗流,有限元方法难以揭示地面沉降的细观机制,而能够揭示细观机制的离散元方法(discrete element method,DEM)却难以建立具有复杂形状的流场模型.基于DEM和计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)耦合原理,借助DEM程序PFC3D与CFD程序Fluent,实现了基于颗粒细观的流固耦合计算.通过建立单颗粒沉降、基坑临空面渗漏、河道边坡渗流3个算例验证了CFD-DEM方法的正确性与可行性.模拟结果表明,这种CFD-DEM方法可从细观角度展现渗流引起地面沉降的整个动态过程,也可实现对各种复杂形状流场的模拟求解计算.在渗流作用下土体稳定性发生变化,土颗粒运动造成土体流失,最终形成地面沉降.此外,水力梯度越大,地表沉降值越大,从土体细观角度展现了渗流作用下地面沉降的整个动态过程,可对相应城市地质病害防治进行机理研究.

关键词：流固耦合、地下水渗流、地面沉降、基坑临空面渗漏、河道边坡渗流

所属期刊栏目：26

分类号：TU43(土力学、地基基础工程)

资助基金：上海市自然科学基金资助项目16ZR1411900

在线出版日期：2020-12-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：842-852