重塑黏性土及混掺土体的抗冲蚀特性研究及应用

发布时间：2020-06-11 14:36

【摘要】：岩土类材料的抗冲蚀特性是在众多水利及土木工程,如桥墩基础局部冲蚀、河道开挖、崩岸及土石坝溃坝等问题中广泛涉及的研究课题。目前的研究对象主要为无粘性砂土和黏性细颗粒泥沙,对于黏性土,尤其重塑固结状态的黏性土及掺砂砾混合体的抗冲蚀特性研究还尚不成熟。本文基于细观力学,通过对水流作用下岩土类材料的受力及运动特征的分析,推导了均匀无粘性砂土、黏性土的起动应力表达式和黏性土-砂砾混合体的起动应力模型。根据黏性土冲蚀破坏特点,定义了黏性土微团破坏所需时间,并通过量纲分析的方法得到了黏性土冲蚀破坏松动断裂时间的表达式,结合床面应力分布特点与冲蚀速率基本定义,得到了统一的土体冲蚀速率公式。应用冲蚀函数测定仪开展了两种重塑黏土及其砂砾含量分别为20%、40%、60%条件下的冲蚀试验。为保证试验过程中土体的物理力学特性相对稳定,采用了饱和固结的方式对两种黏性土及不同砂砾含量和粒径下的黏性土-砂混合体试样进行了重塑土的制备,得到了20组不同物理力学特性的土样。将试验结果与本文提出的冲蚀速率模型进行了对比,结果表明本文模型预测结果与不同试样在试验中得到冲蚀速率-切应力曲线的趋势相一致,且吻合程度较高。通过回归分析得到了不同土样起动应力和冲蚀系数的关系,分析了起动应力、冲蚀系数的影响因素,根据试验结果提出了黏性土-砂砾混合体的起动应力表达式。应用唐家山堰塞坝漫顶溃坝资料以及小模型无粘性均质砂土坝溃坝试验结果,通过将IWHR DB溃坝模型与本文冲蚀速率公式相结合,分析了本文冲蚀速率模型在溃坝程序中的适用性。结果表明,所提出的冲蚀速率公式可对唐家山堰塞坝的溃坝过程和小模型试验溃坝过程进行较为良好的预测,从而验证了本文冲蚀速率公式在溃坝计算中具有良好的兼容性。冲蚀速率模型参数的敏感性分析结果表明,本文模型参数在较大范围的变化下依旧可在IWHR DB模型中完成计算,且计算结果对参数的敏感性较低,可在实际工程的计算中使用。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU442

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本文编号：2708045