随着我国交通基础设施建设不断向地质条件复杂的中西部发展,隧道及地下工程建设中难免遇到断层破碎带、富水溶洞、地下暗河等不良地质构造,施工中遭遇的突水突泥、塌方、滑坡等灾害严重威胁施工人员安全和工程安全质量。富水断层破碎带是诱发工程地质灾害的一种主要致灾构造,针对该致灾构造在灾变过程中的演化特征的研究相对欠缺。前人通过室内试验对渗透破坏的研究难以系统还原断层充填物各物理场信息的演化规律,而数值方法在模拟断层充填物强度演化特征的时候存在缺陷。因此,提出一种可定量描述渗流作用对断层充填物弱化的模拟方法,实现断层充填物渗透破坏灾变过程的模拟具有重要意义。本文以隧道断层突涌水过程中断层充填物强度演化特征模拟方法为主要研究内容,通过试验分析、宏细观参数标定等方法建立了断层充填物强度演化特征描述的DEM接触模型。进一步本文将该变强度模型嵌入DEM-CFD计算,实现了断层充填物渗透破坏的流固耦合模拟。通过监测断层充填物各物理场信息的实时变化情况,对其渗透破坏灾变过程展开深入分析。研究取得了具有理论价值和工程意义的研究成果,主要包括:(1)针对颗粒流失对断层充填物物理力学特性产生的影响展开分析,引入侵蚀率(Csw)参数定量化表征渗流作用对断层充填物的强度弱化作用。在平行粘结模型的基础之上提出断层充填物强度演化特征描述的DEM模型,融合颗粒位置检索方法与粘结键数量检索方法建立侵蚀率(Csw)参量的DEM计算表征方法。(2)通过室内试验对断层充填物试样在0.0%、4.09%、12.08%、21.88%侵蚀率条件下的颗粒级配规律展开研究,得到不同粒径颗粒在颗粒流失过程中的优先级,进一步在前人研究基础上建立了侵蚀率(Csw)与渗透系数K、内聚力c、内摩擦角φ之间的函数关系。(3)构建了固结与直剪试验的三维离散元模型展开模拟研究,并分析了固结及直剪模拟过程中的颗粒位移规律、接触力链变化规律、应力应变变化规律。采用变量控制法研究了粘结接触模型细观抗拉强度σ、细观内聚力c、细观摩擦系数μ等细观参量与内聚力c、内摩擦角φ、压缩模量av等宏观参量间的关系。(4)构建了模拟断层充填物渗透破坏室内试验的DEM-CFD耦合计算模型,融合“侵蚀率-抗剪强度”关系式与“DEM细观参量-抗剪强度”关系式得到断层充填物强度演化特征描述的DEM接触模型“DEM细观参量-侵蚀率”函数关系。将模型嵌入DEM-CFD计算实现了断层充填物渗透破坏模拟,分析了渗透破坏过程中侵蚀率、断层充填物位移、孔隙率、应力、应变等物理场信息的演化规律,并划分了断层充填物渗透破坏的不同演化阶段。通过国内学者室内试验分析了断层充填物渗透破坏规律,对比验证了该方法模拟断层充填物渗透破坏的可靠性。