滑坡-碎屑流铲刮效应数值模拟研究

发布时间：2023-04-28 02:13

　　高速运移的滑坡-碎屑流沿着径流路径与基层物质发生强烈地相互作用,在此过程中剪切破坏基层物质并裹挟其一起向前运移,这种现象称之为“铲刮效应”。铲刮效应的存在显著地改变原有滑体的动力特性,导致滑体方量在高速运移过程中显著增加,增大滑坡-碎屑流灾害防治难度。实际工程中滑坡-碎屑流铲刮过程具有复杂性和突发性,且影响因素众多,兼受监测技术手段局限,现场原位研究难度大。为了揭示“铲刮效应”及其相关影响因素的影响规律与作用机理,本文基于碎屑流铲刮基层的作用机理,引入浓度悬浮模型用于描述混合区土体动力特性,从而建立了考虑基层裹挟的HBP模型,并采用SPH方法求解;利用开源SPH软件DualSPHysicv4.4模拟两个小尺寸常重力模型试验,验证了模型的有效性,在此基础上深入分析了“铲刮效应”的形成过程及其作用机理。然后系统性地探讨了滑坡-碎屑流和基层物理力学参数变化对滑体运移规律、基层破坏形态及铲刮效应的影响规律,并初步从本构方程和能量守恒的角度揭示各项影响因素的作用机理,数值计算结果表明:(1)滑坡-碎屑流对基层的铲刮作用可以初步分为向下侵蚀基层的侵蚀效应和向前推挤基层的犁耕效应,侵蚀效应是指滑坡-...

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【学位级别】：硕士

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致谢
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 碎屑流铲刮效应
    1.3 碎屑流铲刮效应研究现状
        1.3.1 模型试验分析研究现状
        1.3.2 数值模拟研究现状
        1.3.3 本文研究内容
        1.3.4 本文技术路线
        1.3.5 本文的主要创新点
第2章 基于浓度悬浮模型的碎屑流铲刮效应SPH分析
    2.1 碎屑流基本方程
        2.1.1 铲刮效应的作用机理
        2.1.2 描述铲刮效应的特征量
        2.1.3 动量能量等方程的介绍
    2.2 考虑基层裹挟的HBP模型
    2.3 SPH数值模拟的基本算法及程序实现
        2.3.1 SPH离散方法
        2.3.2 压力项的求解
        2.3.3 边界处理方法
        2.3.4 时间步长与差分离散处理
    2.4 计算软件
    2.5 本章小结
第3章 HBP模型验证及铲刮效应机理分析
    3.1 无铲刮Bingham模型模型验证
    3.2 考虑基层裹挟的HBP模型验证
        3.2.1 Dufresne水平基层铲刮试验
        3.2.2 数值模拟模型建立及参数确定
        3.2.3 三种工况数值模拟计算结果与分析
    3.3 铲刮效应影响碎屑流机理分析
    3.4 本章小结
第4章 铲刮效应影响因素分析
    4.1 分析模型与参数
    4.2 基层材料对铲刮效应的影响
        4.2.1 基层材料厚度对铲刮效应的影响
        4.2.2 基层材料内摩擦角对铲刮效应的影响
        4.2.3 基层材料粘聚力对铲刮效应的影响
        4.2.4 基层材料动力粘度对铲刮效应的影响
    4.3 滑体材料对铲刮效应的影响
        4.3.1 滑体内摩擦角对铲刮效应的影响
        4.3.2 滑体内粘聚力对铲刮效应的影响
        4.3.3 滑体动力粘度对铲刮效应的影响
    4.4 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 本文主要结论
    5.2 进一步研究的建议及展望
参考文献
作者简历及科研情况



本文编号：3803527