流体饱和剪切颗粒材料中膨胀与摩擦相互作用：基于耦合计算流体动力学-离散元方法的研究

流体饱和颗粒材料在受力不稳定情形下，构成自然灾害（包括海底滑坡和地震启动）的潜在机制。实验表明，在潮面和水下条件下，失败行为存在显著差异，这源于耦合变形、颗粒间摩擦和颗粒-流体相互作用。我们采用三维耦合计算流体动力学、离散元方法（CFD-DEM）来探讨密集型和松散型颗粒组件在两种环境下的坍塌与扩散。参数分析显示，孔隙压力演化控制饱和环境下的失败模式（快速滑移 vs 慢速滑移），这与先前的实验室实验和格子玻尔兹-离散元仿真结果一致：密集型组件通过膨胀获得稳定，松散型组件迅速压缩并暂时流体化。在中尺度上，我们对颗粒接触统计量和欧拉型流体场进行粗化，以定义 apparent 摩擦系数和归一化孔隙压力，并使用 log10(In/Iv) 对惯性响应和粘性响应进行组织。这些粗化场的时空分析揭示了由演化孔隙度和有效应力支配的应变率依赖行为。在两种环境中，失效剪切区的摩擦系数相对于惯性数（In, 无流体）和粘性数（Iv, 流体饱和）均表现为增强型。我们进一步利用中尺度应力框架，将 CFD-DEM 的亚水下滑坡坍塌中的孔隙压力演化与基于数值三轴 DEM 测试得出的输入，与解析解进行比较。该解析模型再现了稳态多余孔隙压力，并捕捉了流体-颗粒耦合，但在失效起始附近存在不匹配，暗示暂态摩擦效应的存在。这些结果支持基于物理的灾害模型，深化了对饱和颗粒失效的机理理解。