A Two-Dimensional Moisture Diffusion Continuous Model for Simulating Dry Shrinkage and Cracking of Soil

收缩率 开裂 水分 岩土工程 含水量 多物理 扩散 材料科学 压力(语言学) 有限元法 复合材料 地质学 结构工程 工程类 热力学 物理 语言学 哲学
作者
Chengzeng Yan,Hui Ma,Zhicheng Tang,Wenhui Ke
出处
期刊:International Journal of Geomechanics [American Society of Civil Engineers]
卷期号:22 (10) 被引量:24
标识
DOI:10.1061/(asce)gm.1943-5622.0002570
摘要

Dry shrinkage cracking of soil is a common phenomenon in nature. The shrinking and cracking of soil have been linked to several geological disasters. To simulate dry shrinkage cracking in soil, we present a continuous 2D moisture diffusion model, which is implemented in a GPU parallel multiphysics finite-discrete element software, namely MultiFracS. In this model, the moisture distribution of the system is analyzed initially, then the shrinkage stress caused by the change of moisture is calculated. Finally, the shrinkage stress is applied to the governing equation of FDEM to calculate the mechanical fracture. By repeating the preceding procedures, the soil shrinkage cracking problem can be simulated and investigated. We first verify the correctness of the model in dealing with the moisture diffusion problem in a continuous medium. Then we study the soil dry shrinkage and cracking, and compare the simulation results with the experimental results. The simulation results are in good agreement with the analytical solution or the existing literature results, which verifies the effectiveness of the 2D moisture diffusion continuous model to simulate the dry shrinkage cracking of soil.

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