上卓沟泥石流流动特性及流体—结构流固耦合数值模拟研究

甘肃省卓尼县上卓沟曾多次发生较大规模泥石流,灾害损失极其严重。为了有效治理,急需对泥石流的流动特性及拦挡结构在泥石流冲击荷载下的结构响应进行深入研究。本文首先利用图形建模软件RHINO建立上卓沟三维沟谷模型,泥石流流变模型选用宾汉流体模型,在合理确定各计算参数及边界条件的基础上应用CFX对上卓沟泥石流进行了三维数值模拟,得到流速等流场数据。将所得流场数据导入ANSYS进行泥石流与拦挡结构的双向流固耦合分析,得到了泥石流在沟谷内的运动规律及拦砂坝的应力和位移,为工程设计提出了建议,可为类似工程提供参考。     

降雨对黄土边坡稳定性的影响研究

滑坡是我国主要的地质灾害之一,近些年由于全球气候变化和人类活动的综合影响,滑坡灾害依然是当前频繁发生、危害严重的自然灾害之一。降雨是引起滑坡的最主要因素,在诸多滑坡案例中占很大比例。本文结合已有研究,基于非饱和渗流原理和流固耦合原理,综合试验和数值模拟二方面阐述了降雨对边坡稳定性影响的研究现状和研究方法,为研究持续降雨条件下黄土边坡的入渗规律及其稳定性提供了参考。     

矩形深水空心桥墩与实体桥墩的振动特性分析

基于流固耦合的有限元计算方法,考虑桥墩(空心、实体)和水域两个因素,对深水中矩形空心桥墩和实体桥墩的振动特性进行了分析,通过计算得到,裸水时,空心桥墩的低阶自振频增大,高阶自振频率降低;有水域时,水体降低了桥墩的自振频率,空心桥墩自振频率比实体桥墩降低的大;水体对实体桥墩的高阶模态影响较大,对空心桥墩的低阶模态影响远大于对高阶模态,这对水下桥墩的抗震措施有很大指导作用。     

含水量对黄土结构强度的影响

通过试验研究表明黄土的民其初始含水量之间呈指数函数关系，结构强度与其凝聚力之间有显著的线性相关关系，并给出了黄土结构强度终止含水量的定义。     

基于温度场对边坡降雨入渗的模拟分析

降雨入渗直接影响土质边坡渗流场分布,是土质边坡失稳的主要诱发因素.通过降雨强度、水力坡度、渗流量等因素对土质边坡发生滑动破坏部位的渗流场影响的分析,求解降雨入渗与边坡失稳的内在联系.基于渗流场方程和温度场方程原理的比较分析得出可以运用温度场模拟渗流场变化规律,运用Adina有限元分析软件中温度场对边坡降雨作用进行流固耦...     

双向动荷载下振动频率对黄土动力特性的影响

采用TYS-20型电脑控制电液伺服土动三轴试验机对Q3黄土试样进行了一系列的动三轴试验,探究了双向循环荷载作用下振动频率对黄土动力特性的影响。动强度试验结果表明:当振动频率在0.2~3 Hz范围内变化时,黄土的动强度随振动频率f的增大而增大;对动强度与振动频率的关系在双对数坐标系上进行拟合发现:相同破坏振次下,两者近乎呈直线关系;在破坏振次分别为10,20,30次条件下,频率0.2,1 Hz相比3 Hz得到的动强度相对降低值最大可达到61.9%,最小为11.9%,且围压越小,降低程度越明显。动模量试验结果表明:动剪切模量随动剪切应变的增大而先增大后减小,在衰减过程中,频率越大衰减越缓慢,同一动剪切应变对应的动剪切模量也越大;在相位差为0°条件下,振动频率越小动剪切应变发展越快,侧向循环应力幅值的增大减慢了土体动剪应变的发展速度,在一定范围内侧向循环应力幅值越大越有利于土体稳定。     

考虑含水率变化对黄土结构强度影响的边坡稳定性分析

实际工程中广泛应用简化Bishop法计算黄土边坡稳定性,但忽视黄土结构强度对土体稳定性的影响,因此无法真实反映土体的稳定特性。因此通过虑黄土结构强度的非饱和土抗剪强度公式和简化Bishop法,计算得出安全系数与坡高、坡角及含水率之间的函数关系。结果表明:含水率变化对安全系数影响显著,且明显强于地震荷载作用;随着含水率增加,安全系数变化速率均表现为逐渐减小,即降雨作用将对初始含水率偏小的土坡稳定性影响更为显著。更多还原     

黄土结构性分析及新认识

通过对黄土结构性及其对黄土力学特性影响的深入分析,认为黄土颗粒之间的力有联结力和摩擦力两种。联结力属于短程力,包括化学胶结力、土颗粒间的分子引力、薄膜水和毛细管水产生的吸力,这些力形成了黄土的联结结构强度。摩擦力属于远程力,是土体受力时土颗粒之间有相互错动、移位、重新排列的运动或趋势时才产生的阻止土体变形的力,包括颗粒之间的摩擦力和咬合力,这种力形成了黄土的摩擦结构强度。黄土的结构强度就是由联结结构强度和摩擦结构强度组成的。提出了黄土联结结构强度、摩擦结构强度、压密强度等的定量化概念。     

单桩柱和波浪双向流固耦合的数值模拟

以单桩基支撑结构为对象,建立模拟波浪和单桩柱结构的三维模型,采用k-ε湍流模型和VOF运动界面追踪方法,实现了桩柱和波浪之间的双向流固耦合模拟,得到了波面三维显示图、流固交界面压力分布图和桩柱结构的受力图。还对桩柱上的最大等效应力做了研究,其变化范围是15 704~16 320 Pa,根据Von Mises屈服准则可知,桩柱在这种波浪条件下是稳定的。     

泥石流模拟 : Ⅲ—应用

本文将泥石流流团模型用于实际泥石流模拟。根据云南省寻甸回族彝族自治县金源乡沙湾大沟１９９１年发生的粘性泥石流的堆积观测结果，运用数值模型重现当时泥石流在下游地区的堆积过程。计算结果与实测值符合较好，并能合理地反映实际堆积情况，证实泥石流流团模型的可靠性。最后，文中根据计算给出的有关成果，对泥石流堆积扇的全面发展过程进行了详细的分析。     

洛川黄土的动变形和强度特性

本文对陕北洛川标准剖面原状黄土的动变形强度特性进行了系统的研究，得出了一系列规律性的成果，对动本构特性，动强度特性以及动变形特性等方面的问题也进行了试验研究。     

泥石流模拟 : Ⅱ—验证

根据中国科学院成都山地灾害与环境研究所刘希林和云南省地理研究所唐川所做的泥石流堆积模型实验，对论文（Ⅰ）建立的泥石流流团模型进行了验证。文中首先介绍有关实验与计算的基本概况，然后分别根据不同的实验条件，应用数值模型计算泥石流的堆积范围，并对平面堆积形态进行分析。通过与实验结果的对比表明，计算与实测值符合较好，泥石流流团模型的正确性从而得以证实。     

西昌鹅掌河泥石流发育特征及成因分析

在野外调查之上,结合遥感影像,通过分析地质环境背景和泥石流活动历史,阐述鹅掌河泥石流的灾害特征和形成机理。研究表明：泥石流形成过程表现为则木河断裂构造运动、地震活动－崩滑、面蚀－强降雨－山洪泥石流－滑坡坝堰塞体－洪积扇－浊流水下堤;灾害特征表现为1850年西昌7．5级地震后鹅掌河形成高频泥石流,且泥石流的活动受地震和强降雨耦合效应控制;泥石流的形成机理为流域内大量滑坡提供丰富物源,上缓下陡的凸形坡提供良好地势差,区域降雨集中且多暴雨提供充足水动力。因此建议加强雨季流域新增滑坡和水位的监测预警能有效防治泥石流造成灾害性损失。     

基于ANSYS CFX的泥石流数值模拟

以四川洞峡子沟泥石流为研究对象,利用基于ANSYS的空间等值线图确定物理模型,利用CFX软件对洞峡子沟泥石流进行模拟,获得了该地区的泥石流模拟数据,为该地区的泥石流风险治理提供科学依据.     

含水量对黄土结构强度的影响

通过试验研究表明黄土的结构强度与其初始含水量之间呈指数函数关系，结构强度与其凝聚力之间有显著的线性相关关系，并给出了黄土结构强度终止含水量的定义。     

泥石流泛滥区域数值模拟

概述泥石流泛滥区域数值模拟的研究现状,介绍数值模拟Geoflow程序的基本方程、数值求解方法和定解条件。采用Geoflow程序对四川省境内某一较大泥石流沟遭遇20年一遇泥石流的泛滥区域进行数值模拟,得到的泛滥区域与采用经验公式法得到的结果基本一致,表明数值模拟的结果具有工程应用价值。由于该泥石流沟的重大威胁性,建议在堆积扇上修建的生产、生活设施应避让泛滥区域或采取适当的防护治理措施。     

干湿循环对重塑黄土强度和渗透性的影响

长期的干湿循环作用必然会引起黄土结构的改变,从而影响其强度特性及渗透特性.通过室内三轴压缩和三轴渗透试验,得到了干湿循环作用对重塑黄土强度和渗透性的影响规律:重塑黄土的剪切强度、黏聚力c和内摩擦角φ均随着干湿循环周期的增加而衰减,且经过第1次干湿循环后衰减最大;土样初始含水率越低,干湿循环对其强度的影响越大;干湿循环达到一定次数后,土体结构会重新达到平衡,强度也将趋于稳定;渗透系数k随着干湿循环次数的增加明显增大,而且围压对渗透系数的影响很大.     

泥石流的数值模拟及危险性评价

泥石流具有突发性、速度快、破坏力强的特点,其运动规律研究和危险性预测,具有重要的现实意义和理论价值。基于GPU（图形处理单元）加速技术的二维水动力模型,采用二阶Godunov格式有限体积法求解方程,以确保计算精度,并使用GPU加速技术提高了计算效率。以溃坝型水槽泥石流运动特征及贵州省普洒村滑坡泥石流危险范围预测作为模拟参照,利用所构建的GAST (GPU Accelerated Surface Water Flow and Transport Model) 二维水动力模型完成泥石流理想水槽试验模拟和危险范围预测。结果表明:数值模拟与实测结果吻合度较高;GPU加速技术的应用有效解决了泥石流模拟过程中计算量大的问题,在PC机上模型运行快速高效。此模型为泥石流运动规律模拟与预测提供了新方法,为防灾减灾提供了技术支撑。     

易溶盐对黄土强度特性的影响

黄土的强度由黏聚力和摩擦力组成,黏聚力受颗粒间胶结物质的影响,当湿度增加、盐分溶滤时易溶盐胶结作用逐渐丧失进而使得黏聚力降低。利用SLB-1型应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪对陕西杨凌重塑黄土进行了三轴固结不排水剪切试验,研究了易溶盐对黄土强度特性的影响。试验结果表明:去易溶盐土样在高含水率和低围压下与普通土样的应力应变曲线基本重合;普通土样的破坏应力值与去易溶盐土样的破坏应力值的差值随土体含水率的减小而增大;去易溶盐土样的抗剪强度指标黏聚力c值和内摩擦角φ值随着土体含水率的减小而增大,但去易溶盐土样的抗剪强度指标c值和φ值均比普通土样的要小,易溶盐对土体抗剪强度指标c值的影响要比对φ值的影响大。