武汉岩土所在含节理坝基模拟的虚单元法研究方面取得进展

　　接触作用一直是岩体结构面的主要力学行为，结构面的破坏是引起岩体破坏的最主要因素。在接触问题的研究中，网格的划分以及网格的畸形影响计算结果的精确度。随着近十年计算机技术和数值方法的发展。虚单元法的出现为研究者们提供了一种新的思路。

　　针对这一问题，中国科学院武汉岩土力学研究所计算岩石力学组首次采用虚单元法对于含节理大坝中的接触问题进行了模拟。与传统的数值方法相比，虚单元法不需要对形函数进行显示的表达，计算高效及处理网格灵活，构造精度可达任意阶数，能克服复杂性的块石几何形状带来的畸形网格问题，适用于任意复杂的单元形状。基于虚单元法的优点，推导了虚单元法在不同接触状态下的刚度矩阵。

　　为了验证虚单元法求解接触问题的准确性，首先算例验证了虚单元法对于网格扭曲度敏感性，随后通过一系列的数值算例验证了虚单元法求解接触问题的可行性（图1），最后通过含节理大坝的模拟，说明了节理对于大坝稳定性有重要的影响（图2）。

　　相关研究成果以“The Virtual Element Method for the Dam Foundation With Joint”为题，发表在Frontiers in Earth Science。研究工作获得了国家自然科学基金面上项目（11972043）的资助。

　　论文链接：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/feart.2022.875561/full

图1 　均匀压缩下的水平接触界面模拟(大主应力云图)

图2   带节理的混泥土大坝 (x方向位移云图)