土石坝渗透破坏溃决机理及数值模拟

提出了一个能正确反映土石坝渗透破坏溃决机理,合理描述土石坝从渗透通道发展坝体坍塌和漫顶溃决全过程数值模拟方法.该方法通过分析土体颗粒在渗透通道中受力情况,出了渗透破坏发生时临界起动流速;分别建议了可合理反映筑坝材料颗粒级配、密度、强度、渗透通道倾角和坝坡、摩阻流速水流速度对冲量影响计算渗透通道扩展大坝漫顶溃决后溃口发展过程坝体冲公式.应用该方法对两座因渗透破坏溃决典型土石坝溃坝过程进行了反馈计算分析,计算出溃口发展规律、溃口流量过程与溃坝洪峰流量值与测结果接近,验证了其合理性.该方法可用于土石坝渗透破坏溃决致灾后果评估和溃坝防洪应预案制定.     

堰塞坝漫顶溃决过程数值模拟

根据堰塞坝坝体材料的宽级配特性,建立描述堰塞坝漫顶溃决溃口发展规律与流量过程的数值模型。该模型引入与水流方向垂直的附加作用力来考虑粗颗粒对细颗粒的阻拦和遮蔽作用以及细颗粒对粗颗粒的包围和填实作用。基于不同土体陡水槽冲蚀试验结果,针对宽级配堰塞坝材料在高强度水流侵蚀条件下的冲蚀特性,建议采用能反映坝体材料颗粒级配、密实度、强度、坝体坡度、水流速度及摩阻流速对冲蚀量影响的土体冲蚀公式。利用该数值模型对唐家山堰塞坝溃决案例进行计算分析,所得溃坝洪水流量过程与实测结果接近,验证了该模型和计算方法的合理性,表明该模型能准确反映水库库容和上游补给水流量对堰塞坝漫顶溃决发展过程的影响。     

沥青混合料复合结构层间稳定性破坏研究

为了定量描述沥青混合料复合结构的层间破坏过程,本研究基于双线性内聚力模型,建立了直接拉拔试验中圆柱形沥青混凝土的三维有限元模型,该模型采用显式准静态方法求解了收敛问题,并系统比较了准静态参数(网格、加载曲线、质量缩放和模拟拉拔速率)对计算效率和精度的影响。结果表明,当加载曲线类型为光滑线、模拟拉拔速率为试验的10倍且质量缩放为100时,模型计算结果与试验结果最为一致,在沥青混合料复合结构拉拔破坏过程中,层间界面的最大应力集中在环形区域。     

干湿循环作用下红砂岩堆石料力学性能研究

为研究红砂岩堆石料在干湿循环作用下的力学性能,以干湿循环次数为主要变量,开展常规三轴压缩试验。研究结果表明:不同干湿循环次数下,红砂岩堆石料应力-应变曲线变化规律基本一致,整体呈现出明显的应变软化。应力-应变曲线在初期快速增加,直至出现峰值,而后开始降低,最后趋于稳定;相同干湿循环次数下,试样破坏强度随围压增大而逐渐增长;相同围压,破坏强度随干湿循环次数增加而逐渐降低,破坏强度与干湿循环次数呈现指数关系;当干湿循环次数增加时,试样强度指标黏聚力逐渐减小,从125.9 kPa降低到62.3 kPa,黏聚力降幅约50%,且黏聚力与干湿循环次数之间成负线性关系;与之相似,另一强度指标内摩擦角逐渐减小,但降低幅度较小,减小幅度为15%左右,与干湿循环次数呈现指数关系。     

堰塞湖风险评估研究综述

从堰塞湖的灾害链演化过程出发,基于堰塞湖风险评估概念,围绕堰塞湖危险性评价、溃决过程与洪水演进模拟和溃决损失评估等3个方面,从定性和定量的角度综述了堰塞体稳定性评价方法,对溃坝参数模型、简化数学模型、精细化数学模型以及洪水演进模型进行了对比分析,从生命损失和经济损失两个角度总结了损失计算方法,最后针对堰塞湖风险评估未来在危险性评价中的不确定性问题、溃决洪水模拟的准确性问题、溃决损失评估的定量化方法、风险定量评估体系和风险动态评估体系五个方面进行展望。     

不同颗粒组成与质量分数矿料的尾矿浆流变特征与模型研究

尾矿库溃坝下泄物的流变特征,是分析溃坝时空演化过程及致灾范围的重要前提.本文配制了6组不同粗细颗粒比和6组不同质量分数矿料的尾矿浆,采用旋转式流变仪分析颗粒组成和矿料质量分数对尾矿浆流变特征的影响,并分别基于屈服伪塑性流变模型和Bingham流变模型拟合得到尾矿浆的流变模型.结果表明：40%矿料质量分数条件下,尾矿浆体中细颗粒含量较少时,浆体的黏度和屈服应力很小,且剪应力随剪切速率的增大变化不大,呈现牛顿流体特征;随着细颗粒含量的增大,浆体逐渐转变成非牛顿流体,黏度和屈服应力迅速增加,并逐渐趋于指数增大趋势,剪应力也随剪切速率的增大迅速增大;矿料质量分数为10%或40%且细颗粒含量较低的尾矿浆体由于水和尾矿砂分离,其性质类似于挟砂水流,可以通过牛顿流体模型进行描述;细颗粒含量较高的尾矿浆体,Bingham模型和屈服伪塑性流体模型均可以对其流变特征进行描述.     

考虑颗粒组成的堰塞体溃口峰值流量快速预测模型

堰塞体的溃决洪水会给下游人民生命财产带来重大的威胁，快速、准确地预测溃口峰值流量，对科学评估堰塞体溃决致灾后果和应急响应具有重要意义.国内外学者基于堰塞体溃决案例调查资料，采用回归分析方法，提出了一系列预测堰塞体溃口峰值流量的参数模型，但已有的模型均未考虑堰塞体颗粒组成对溃口峰值流量的影响.基于国内外86座堰塞体案例的颗粒级配曲线，分析了3种不同类型堰塞体(土质型、混合型、块石型)的颗粒组分特性，并提出了堰塞体类型的定量划分指标.基于国内外已开展的模型试验结果及具有实测数据的堰塞体溃决案例，通过分析不同堰塞体类型、堰塞体形态、堰塞湖体积与溃口峰值流量之间的关系，选择堰塞体高度、宽度、溃决时的堰塞湖体积以及自定义的考虑颗粒组成的冲蚀因子等4个参数，采用多元回归分析方法，建立了堰塞体溃口峰值流量的快速预测模型.选取近年来发生的5座堰塞体溃决案例，对提出的模型进行验证，并与国内外已有的典型参数模型进行对比，计算结果表明，提出的参数模型计算溃口峰值流量的相对误差均在±20%以内，与其他模型相比具有一定的优势，验证了该模型的准确性.