降雨条件下非饱和土边坡流固耦合数值模拟

在传统的应力平衡方程基础上,结合岩土介质饱和-非饱和渗流理论,考虑边坡岩土体的非饱和性及渗透系数的非线性特征,建立了渗流场-应力场耦合方程,并将其时间、空间离散后得到增量形式的有限元方程组.结合数值算例,对降雨条件下非饱和土质边坡进行了流固耦合分析.研究结果可为降雨条件下边坡稳定性分析和滑坡预测提供技术支持.     

降雨条件下边坡渗流及稳定性数值模拟分析

为了研究苏北某高速公路旁边坡在降雨条件下的渗流和稳定性,通过Geo-studio软件的seep/w和slope模块,对边坡进行了不同工况(特大暴雨、暴雨、大雨、小雨)条件下的数值模拟,研究不同降雨强度、不同时间下孔隙水压力及安全系数的变化规律.结果表明:孔隙水压力随着降雨时间的增长呈上升趋势,安全系数呈下降趋势;降雨强度越大,孔隙水压力增大的越快,较易饱和形成表面径流;安全系数在降雨前中期降低较快,后期趋于平缓.     

降雨对抗滑桩加固边坡稳定性的影响

为研究降雨条件下抗滑桩加固边坡的稳定性及其渗流场演变,以枞树坪边坡工程为例,将非饱和渗流理论与强度折减法相结合,利用MIDAS GTS对降雨边坡进行数值模拟,定量分析基质吸力、降雨强度、桩顶约束形式对抗滑桩边坡稳定性的影响。结果表明：在降雨状态下,雨水首先危害边坡的浅层土体,孔隙水压力随土体深度呈现出大小大分布,随着降雨的持续,孔隙水压力的最小值向土体内部发展,雨水对边坡的影响深度增大,浸润线上升,深层土体的负孔隙水压力转化为正孔隙水压力,基质吸力的作用也随之减小。其中,降雨强度对边坡的危害始终增大,对桩顶施加位移约束和固定约束可以减小降雨对边坡的影响,限制边坡位移,并且固定约束的加固效果要略高于位移约束。     

基于PFC-Geostudio耦合的边坡降雨变形破坏研究

为研究降雨条件下边坡的变形破坏情况,建立典型边坡模型,通过有限元软件Geostudio进行渗流分析,将不同降雨强度下的边坡土体的含水量情况导入至颗粒流方法中,根据颗粒位置修改其重度、及接触参数,并对渗流区域施加渗流力,当降雨强度大于边坡入渗速度时,增加考虑坡面径流对颗粒的拖曳作用,分析了不同降雨强度下边坡变形情况以及滑坡破坏过程。研究表明,发生降雨时,边坡变形主要为沉降,最大变形产生在坡顶位置;当降雨强度较大时,坡脚颗粒会由于冲刷作用发生滑动,并诱发后部边坡土体发生渐进式牵引式滑坡。     

降雨移动方向对坡面侵蚀泥沙浓度的影响

为了探讨降雨移动方向对坡面下游出口处侵蚀泥沙浓度特性的影响,及其产沙产流量相对比值关系,本文主要通过室内小尺度坡面人工降雨物理模型试验展开研究.结果表明：降雨向上移动时,连续降雨过程各侵蚀泥沙浓度过程曲线形态相似,而降雨向下移动时,首场与后几场工况的泥沙浓度曲线差异鲜明;针对首场后的降雨工况,降雨向上移动泥沙浓度过程曲线均出现1个峰值,峰值泥沙浓度为6~90 g/L,而降雨向下移动时均出现2个峰值,相应值为11~68 g/L,且后者在弱雨强工况下标准差最小;2类移动工况的等效侵蚀泥沙浓度在不同雨强下随产沙峰值增加的增幅均表现为：弱雨强>中雨强>强雨强.总体上,相同条件（降雨强度、降雨历时、坡面土壤特性等）下,降雨向下移动时坡面侵蚀程度比降雨向上移动时大.     

“通用公式”（USLE）中降雨侵蚀因子（R）的推求

通用土壤侵蚀方程（通用公式），是由美国水土保持学者Ｗ Ｈ Ｗｉｓｃｈｍｅｉｅｒ和Ｄ Ｄ Ｓｍｉｔｈ在标准化小区试验研究后提出的。目前已为世界各国所采用，但是其中降雨侵蚀因子（Ｒ）具有明显的地区性，与地区暴雨特征密切相关。本文简要地介绍了“通用公式”中降雨侵蚀因子（Ｒ）在各研究地区的计算方法。同时还简略地揭示了降雨侵蚀因子（Ｒ）计算简式的推求方法。     

非饱和堆积土边坡降雨–渗流潜蚀耦合过程模拟

西部山区的松散堆积土是一种宽级配弱固结土,其内部细小颗粒易随降雨入渗在粗颗粒土骨架间孔隙发生迁移,改变土体水力特性,诱发堆积土边坡降雨失稳。为定量研究降雨作用下堆积体内在的渗流潜蚀耦合演进规律及其斜坡失稳机理,对降雨作用下非饱和堆积土边坡中坡体及孔隙尺寸的细颗粒迁移现象进行了分析概化,并基于多孔介质力学及混合物理论构建了描述非饱和堆积土中细颗粒侵蚀—运移—沉积全过程的渗流潜蚀模型。该模型被植入有限元程序,模拟了降雨作用下1维非饱和堆积土柱内部的渗流潜蚀耦合响应过程,并结合无限边坡模型定量分析了细颗粒迁移引发的土体渗透性、持水性及强度演化对非饱和堆积土边坡降雨入渗过程及稳定性的影响。通过数值模拟,阐释了松散堆积土边坡中细颗粒迁移引发边坡局部土体渗透性变化,形成相对不透水层,诱发浅层坡体失稳现象的内在机理;并指出堆积土中细颗粒的侵蚀流失将减弱土体持水性及抗剪强度,加速边坡内的降雨–渗流潜蚀进程,加速边坡的浅层失稳。鉴于由降雨–渗流潜蚀过程引发的土体渗透性、持水性及强度演化均会对堆积土边坡稳定性造成不利影响,对松散堆积土边坡进行降雨稳定性分析时应充分考虑其内在的细颗粒迁移效应。     

非饱和堆积土边坡降雨-渗流潜蚀耦合过程模拟

西部山区的松散堆积土是一种宽级配弱固结土,其内部细小颗粒易随降雨入渗在粗颗粒土骨架间孔隙发生迁移,改变土体水力特性,诱发堆积土边坡降雨失稳。为定量研究降雨作用下堆积体内在的渗流潜蚀耦合演进规律及其斜坡失稳机理,本文对降雨作用下非饱和堆积土边坡中坡体及孔隙尺寸的细颗粒迁移现象进行了分析概化,并基于多孔介质力学及混合物理论构建了描述非饱和堆积土中细颗粒侵蚀-运移-沉积全过程的渗流潜蚀模型。该模型被植入有限元程序,模拟了降雨作用下一维非饱和堆积土柱内部的渗流潜蚀耦合响应过程,并结合无限边坡模型定量分析了细颗粒迁移引发的土体渗透性、持水性及强度演化对非饱和堆积土边坡降雨入渗过程及稳定性的影响。通过数值模拟,本研究阐释了松散堆积土边坡中细颗粒迁移引发边坡局部土体渗透性变化,形成相对不透水层,诱发浅层坡体失稳现象的内在机理;并指出堆积土中细颗粒的侵蚀流失将减弱土体持水性及抗剪强度,加速边坡内的降雨-渗流潜蚀进程,加速边坡的浅层失稳。鉴于由降雨-渗流潜蚀过程引发的土体渗透性、持水性及强度演化均会对堆积土边坡稳定性造成不利影响,对松散堆积土边坡进行降雨稳定性分析时应充分考虑其内在的细颗粒迁移效应。     

圆管层流脉动流动的数值模拟

为研究圆管层流脉动流动特性,建立了二维非稳态轴对称模型,对壁温恒定、入口速度周期性变化的流体进行数值模拟.分析了速度振幅和频率对层流流动的影响,得到了频率和振幅对压力、温度、壁面摩擦系数影响的规律.研究表明:脉动流动时,压力、温度、壁面摩擦系数围绕相同Re下稳态流动时的数值波动;压力与速度之间存在相位差;压力、壁面摩擦系数的波动与速度振幅和频率成正比;温度的波动与速度振幅成正比,与频率呈反比;当流体脉动的频率和振幅足够大时,会在近壁面处出现回流,并且出现回流的时间会随着频率和振幅的增大而增长.     

等效岩体力学参数识别及边坡稳定性数值模拟研究

以厂坝铅锌矿为工程背景,利用GPS监测数据和正交数值试验,开展岩质边坡岩体参数等效识别,由此获得了37线剖面等效岩体力学参数:E=4.72GPa,C=0.526MPa,φ=36°,Rt=0.058 MPa.在此基础上,分别考虑干坡和降雨2种工况,进行矿山边坡的稳定性数值模拟.研究结果表明:在干边坡条件下,边坡的稳定安全系数达到1.25,满足矿山边坡稳定性要求.在降雨入渗的条件下,边坡稳定安全系数降低到0.94,表明边坡已经处于破坏状态.可见,受降雨渗流影响,边坡稳定性迅速降低,存在滑坡失稳风险.加强矿山边坡在降雨期间的变形监测和安全防控,对确保矿山安全生产至关重要.     

一种简易模拟旋压的数值仿真方法

利用ABAQUS软件的显式积分计算模块,建立了一种简化的旋压加工模拟计算模型.考虑不同的加工材料性质、不同的加工毛坯形状,模拟旋压加工的工艺,计算结果表明了这种方法的有效性.     

恒热流工况下螺旋管内层流换热性能数值模拟

在恒热流工况下,数值模拟雷诺数为200～1000,无量纲螺距为0．1～0．2,曲率为0．1～0．3的螺旋管内不同截面上的温度场分布和速度场分布以及雷诺数、曲率和无量纲螺距对轴向不同截面上平均努谢尔特数、平均摩擦系数以及总熵产的影响规律。结果表明,随着转角增大,二次流作用加强,且垂直于轴向截面的最大速度向管的外侧移动,而温度分布出现两个Dean涡胞;轴向截面平均努谢尔特数和摩擦系数以及总熵产随雷诺数、曲率和螺距的变化呈现不同的规律;与曲率相比,螺距对热力性能的影响程度相对较小;且流动引起的熵产和传热引起的熵产相比可忽略不计。     

不同降雨区域对泥沙侵蚀过程的影响

为了研究坡面不同降雨区域及相关降雨特性对泥沙侵蚀过程的影响,通过小尺度坡面人工降雨物理模型,设定坡面3个不同降雨区域对产流产沙响应展开研究.结果表明:峰值产沙量与峰值产流量随降雨距下游2至4m的距离增加而明显减小,且各连续过程中峰值产沙量均逐场递减;距下游2m降雨工况减幅最大,最大峰值产沙量出现在首场工况(4.897g/s).总产沙量受降雨强度影响较大,在弱雨强工况中还受降雨离下游的距离显著影响.降雨位置对泥沙质量浓度过程曲线的影响在首场降雨过程最显著,降雨初期泥沙质量浓度随降雨区域离出口距离增大而显著减小.侵蚀产沙颗粒成质量分数较原始土样砂粒质量分数明显减少.总体上,在3m位置降雨工况下泥沙质量浓度过程曲线较早呈现稳定状态,且侵蚀颗粒成分最均匀.     

降雨入渗对非饱和土边坡稳定性的影响

研究降雨入渗对边坡稳定性的影响规律。采用有限元法进行非饱和土边坡的二维非稳态渗流计算,考虑基质吸作用利用极限平衡法进行非饱和土边坡稳定安全系数计算,进而通过算例计算,分析了降雨过程中及降雨之后,边坡内孔隙水压分布、潜在滑裂面位置以及边坡稳定安全系数的变化情况。着重分析了降雨强度和降雨持续时间的影响,并特别注意分析降雨结束后的边坡稳定性。算例表明某些情况下边坡安全系数最小值出现在降雨之后的数小时或数天,而非降雨的过程中或降雨刚刚结束之时。     

预应力锚索框架梁边坡支护数值模拟

基于贵阳市小河区某公路滑坡,拟采用预应力锚索框架梁进行治理。通过FLAC-3D软件对这一支护体系进行效果评价,得出位于支挡面上部的结构体系受力较大,其中竖梁所受弯矩要大于横梁,运用时宜加强竖梁的设计。支挡面顶部的滑体位移要大于底部,由于锚索不能承受压力,致使框架梁发生转动,因此设计时宜把底部一排的锚索换成全黏结锚杆。锚固长度为6m时支护效果最佳,增大锚固长度对支护效果没有实质性的提高。     

降雨对土石坝施工过程影响的计算机模拟研究

针对土石坝施工过程的特点，考虑到降雨的随机性及其对施工影响的随机性特点，建立了计算机模拟模型，并对工程实例进行了分析。     

降雨入渗对边坡稳定的分析

运用饱和-非饱和渗流有限元法模拟降雨务件下饱和-非饱和土坡暂态渗流场的变化情况,分析了降雨强度、降雨持时以及土壤饱和渗透系数等参数对非饱和土坡基质吸力的影响。分析结果表明:雨水入渗引起土壤基质吸力的大量丧失;降雨强度对饱和渗透系数较大土坡的基质吸力变化的影响较小。     

直肋插入件强化高温传热的数值模拟

本文对直肋插入件高温换热管内的层流流动与强化传热进行了数值模拟。获得了恒热流率和变物性条件下的流均分布和温度分布,并考查了流体入口温度、热流率和插入件几何形状对插件管内充分发展的层流流动和传热的影响。     

梯形截面通道三面加热时层流换热性能数值模拟

在恒热流工况下,对梯形截面通道不同结构参数下三维层流换热的热力性能进行数值模拟.研究了底面夹角θ为60°、75°、85°,结构参数b/a(上底宽为a,高为6)的范围为1/4～4/3,梯形截面通道三面加热(下底壁面绝热)时不同截面上的温度场和速度场,以及轴向不同截面上平均努谢尔特数的变化规律,并把结果与四面加热时的情况进行了比较.研究结果表明,梯形截面通道三面加热时的温度分布、传热性能和结构参数的影响规律与四面加热时有明显的不同.