Using an improved SPH algorithm to simulate thermo-hydro-mechanical-damage coupling problems in rock masses

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作者
Shuyang Yu,Xuhua Ren,Jixun Zhang
出处
期刊:Case Studies in Thermal Engineering [Elsevier BV]
卷期号:47: 103085-103085 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.csite.2023.103085
摘要

The Thermo-Hydro-Mechanical-Damage (THMD) process inside rock structures is a complex multi-field coupling problem, which is also regarded as the hotspot worldwide. In view of this situation, a fracture mark ξ is introduced to reflect the "active" or "failure" mode of Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) particles, which can simulate rock progressive cracking characteristics. The solid-water interaction modes and the damaged particles - water particles transformation algorithms are embedded into traditional SPH program to simulate the water-stress coupling problems. The heat conduction equations are programmed into SPH, which can reach the goal of modeling the temperature-stress coupling problems. Results show that: By coupling the parameter transformations between water and solid particles, the thermo-hydro-mechanical-damage simulation is then realized. Three numerical examples are carried out to validate the improved THMD method. Finally, an engineering numerical model of a typical tunnel is established, and the THMD coupling processes under complex conditions are simulated, which shows that the improved SPH method can simulate rock THMD multi-field coupling problems. The research results will help understanding the rock THMD coupling mechanisms, meanwhile, it can also promote the applications of SPH method into THMD modeling.
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