A coupled FEM-DEM study on mechanical behaviors of granular soils considering particle breakage

破损 岩土工程 地质力学 有限元法 离散元法 粒子(生态学) 覆岩压力 粒状材料 材料科学 本构方程 机械 地质学 结构工程 工程类 复合材料 物理 海洋学
作者
Yu Wang,Jiayan Nie,Shiwei Zhao,Hao Wang
出处
期刊:Computers and Geotechnics [Elsevier]
卷期号:160: 105529-105529 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.compgeo.2023.105529
摘要

Particle breakage often occurs in the fields of geological, geotechnical and hydraulic engineering like rock avalanche, landslides and high earth-rock dam, which affects the design and countermeasures of relevant engineering structures. Investigation of particle breakage’s effect on mechanical behaviors of granular soils has always been the hotspot within the community of particulate materials. In this study, a coupled finite element method (FEM) and discrete element method (DEM) modeling has been developed to tackle boundary value problems (BVPs) related with particle breakage. In the method, the particle breakage simulation is implemented in DEM through the conventional bonded particle modeling (BPM), while the stress–strain characteristics of representative volume element (RVE) captured by DEM is directly transmitted into the FEM solver to avoid the complicated and phenomenological constitutive equations incorporating into particle breakage. As an illustration, we apply the proposed multiscale modeling to investigating mechanical behaviors of quartz sands subjected to particle breakage through the high confining pressure biaxial compression simulation. And effects of particle strength, particle shape and confining pressure on particle breakage characteristics and further mechanical behaviors of quartz sands are also discussed accompanied with the underlying micromechanisms. Results demonstrate that the coupled FEM-DEM modeling can be able to deal with the complex geomechanics problems involving particle breakage.
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