泥浆影响下粗颗粒坡面运移数值模拟与分析

在实验测定泥浆力学参数基础上,利用PFC3D离散单元法,模拟粘性碎屑坡面运动全过程,跟踪记录代表不同部位特定颗粒空间运移轨迹、运动速率变化过程。初步分析不同位置颗粒空间运移轨迹的差异及其对运动速率的影响。结果表明,PFC3D离散单元法能很好再现粘性碎屑流坡面启动、运移和堆积全过程;颗粒碰撞使其沿坡面横向扩展,增大其致灾范围;前端颗粒运动加速时间早,受周围颗粒影响小,具有较高的运动速率和冲击动能。为粘性碎屑流坡面运移过程分析提供新途径,为此类灾害防治提供参考。     

随机散粒岩土材料自然堆积2D数值仿真分析

采用散粒随机生成技术构建自然堆积仿真模型,分析散粒不同形态、粒径尺寸及表面粗糙程度对堆积休止角的影响,结果表明:在相同颗粒级配条件下,散粒形态越不规则,自然堆积休止角越大,且随散粒表面粗糙程度增加,休止角增大,孔隙率提高,散粒体流动性降低;通过分析不同特征下散粒的自然堆积休止角,得到散粒表面粗糙度对自然堆积休止角影响最大,形态次之,粒径最小;该方法可推广应用于松散岩土材料的流动、压实等动力学行为的模拟研究.     

碎屑流模型试验研究

碎屑流危害极大,且无法对其进行有效的预测和防范。文章通过室内模型试验,研究了不同组成的分层堆积体在不同初始启动角下,沿斜面的滑动和堆积运动,分析得到堆积体最终堆积范围的变化规律。试验结果表明:随着初始启动角的变大,堆积体由分级破坏逐渐变成整体破坏,堆积范围也会变大;堆积体上层颗粒比下层颗粒的冲程要大,对整个堆积体的冲程影响也要大;堆积体分层情况对其最终堆积范围影响较大,但随着初始启动角变大,这种影响逐渐变小。试验研究成果对研究碎屑流运动过程和堆积范围具有一定的理论参考价值。     

某高位滑坡的形成机制及灾害链治理分析

某高位滑坡上部滑动,顺坡形成碎屑流,后堆积于坡角公路,堵塞河道,形成一系列灾害.根据对该滑坡的研究,认为本滑坡具有多期次、分块滑动的特点,同时在滑动过程中由于下伏强风化破碎岩体,被扰动牵扯滑动,造成该滑坡为多级后退牵引式滑坡;剪出后的滑体物质在重力作用下沿坡面以碎屑流方式向下堆积于坡角河流右岸及河道内.该滑坡的失稳模式以及形成的威胁以灾害链的形式出现,对治理方案提出新的思考模式,对高位滑坡的治理有一定的现实指导意义.     

泥石流堆积区粒度分布及分形结构特征

为研究泥石流堆积物粒度分布及分形结构特征,通过对泥石流堆积区现场调查和颗粒分析试验,采用统计图解法和粒度分维法分析泥石流堆积区堆积特征、粒度分形结构特征及与颗粒级配的关系。结果表明:泥石流堆积区具有集中性的特点;泥石流堆积区颗粒具有很好的分形特征,堆积区中右侧分维值均值与堆积区分维值均值接近;泥石流堆积形成由晚至早分维值逐渐减小;堆积物土粒大小级配连续性较好,分维值与不均匀系数和曲率系数均呈正相关。可见泥石流堆积区粒度的相关研究对研究泥石流形成机理及指导泥石流防治具有重要的意义。     

基于物质点法的远程滑坡碎屑流运动过程模拟及特征分析

目的 研究远程滑坡碎屑流运动过程以及运动过程中速度、滑动距离、动能变化,为滑坡碎屑流灾害的预防和治理提供参考。方法 基于物质点法,以塔合曼和乱石包两个远程滑坡碎屑流工程实例为背景,对两个滑坡碎屑流的运动过程进行数值模拟;并对塔合曼滑坡碎屑流运动过程中水平、垂直方向运动速度分布,内摩擦角对运动过程的影响,以及乱石包滑坡碎屑流铲刮效应对堆积形态、动能变化的影响进行分析。结果 两个滑坡碎屑流最终堆积形态模拟结果与实测结果吻合良好,验证了数值模拟结果的有效性;塔合曼滑坡碎屑流随着内摩擦角从18°增加到33°,动能峰值降低71.4%,最终势能增加54.4%,滑坡碎屑流的能量耗散减小47.8%;在乱石包滑坡碎屑流实例的模拟中,速度云图呈现了滑体速度场的层状分布特征。结论 内摩擦角对滑坡碎屑流的动力过程影响十分显著;乱石包滑坡碎屑流的滑体在高速滑移阶段存在强烈的内部剪切作用,并且铲刮效应对滑坡碎屑流的运动起到了一定的阻碍作用。     

基于PFC3D的复杂结构颗粒体的计算机模拟

影响土的渗透性因素有很多,其中最主要的一个因素是孔隙的大小.构成混土的骨料、砂、矿物、碎石等颗粒在不考虑水化作用形成的堆积体的孔隙特征与土的渗透性系数密切相关,利用PFC3D研究了颗粒级配特征对在自重作用下达到密实颗粒堆积体系孔隙率的影响.     

沙漠沙的路用性能试验研究

对沙漠沙的路用性能进行了系统的试验研究。试验结果表明:沙漠沙的压实可采用常规的击实试验方法和振动密实法,压实效果受颗粒级配、含水量、荷载大小、振动频率及振幅等多种因素影响;沙漠沙在一定压力作用下压缩变形时间较短,压缩应变与外加压力之间呈非线性变化规律,压缩模量与外加压力呈近似线性变化规律;沙漠沙的内摩擦角与压实度之间呈线性变化规律,颗粒级配是主要影响因素,含水量影响较小;沙漠沙的室内回弹模量和加州承载比与压实度之间大致呈非线性增大规律,在某一压实度区间增大的幅度非常小。     

降雨作用下堆积体岸坡变形破坏模式模型试验

为了进一步探究降雨作用下堆积体岸坡变形破坏模式,自主设计制作了物理模型试验系统,通过三峡库区某堆积体滑坡现场取样,在测定土样基本物理力学参数后,开展了降雨作用下不同坡角的堆积体岸坡模型试验,主要分析了不同坡角下岸坡模型的变形破坏特征及破坏模式。结果表明:坡度对岸坡变形破坏特征影响显著,坡角较大(60°与50°)时,坡体易出现浅层滑动破坏,坡角较缓(40°)时,容易出现深层滑动,坡角35°及更小时,未出现明显的变形破坏;浅层滑动破坏规模较小,变形自下而上牵引,演化发生所需的时间较短,而深层滑动破坏规模较大,变形自上而下推移,所需时间更长;降雨作用下堆积体岸坡变形破坏可分为软化剥蚀-蠕动变形-明显滑动三个阶段,变形破坏模式表现为雨水入渗→表层饱和→土体软化→饱和区扩大→土体沉降→坡顶裂隙出现→坡脚变形/坡体整体变形→浅层滑面/深层滑面→浅层破坏/深层破坏。     

降雨作用下堆积体岸坡变形破坏模式模型试验研究

为了进一步探究降雨作用下堆积体岸坡变形破坏模式,自主设计制作了物理模型试验系统,通过三峡库区某堆积体滑坡现场取样,在测定土样基本物理力学参数后,开展了降雨作用下不同坡角的堆积体岸坡模型试验,主要分析了不同坡角下岸坡模型的变形破坏特征及破坏模式。结果表明：坡度对岸坡变形破坏特征影响显著,坡角较大(60°与50°)时,坡体易出现浅层滑动破坏,坡角较缓(40°)时,容易出现深层滑动,35°及更小坡角时,未出现明显的变形破坏;浅层滑动破坏规模较小,变形自下而上牵引,演化发生所需的时间较短,而深层滑动破坏规模较大,变形自上而下推移,所需时间更长;降雨作用下堆积体岸坡变形破坏可分为软化剥蚀—蠕动变形—明显滑动三个阶段,变形破坏模式表现为雨水入渗→表层饱和→土体软化→饱和区扩大→土体沉降→坡顶裂隙出现→坡脚变形/坡体整体变形→浅层滑面/深层滑面→浅层破坏/深层破坏。     

粗粒土堆积体塌滑特性试验与数值研究

基于室内物理模型试验,研究粗颗粒土沿斜面塌滑、蔓延和堆积的整个运动过程;分析粗粒土堆积体初始状态、颗粒粒径、斜面倾角等因素对塌滑体的最终堆积状态参数(主要包括冲程,最大堆积厚度及其位置)的影响.基于离散单元数值分析方法,采用颗粒流程序软件,编写粗粒土堆积体塌滑运动的模拟程序,开展粗粒土堆积体塌滑过程的研究,数值模拟与室内试验结果基本一致.研究结果表明:堆积体最终状态几乎不受初始状态的影响;斜槽倾角对堆积体滑落稳定后最大堆积厚度所在水平位置影响较大,根据数值计算结果,拟合出斜槽倾角与最大堆积厚度所在水平位置的关系式;斜槽倾角对最终堆积形态有着较大的影响;随着斜槽倾角和粒径的增大,堆积体的冲程、最大堆积厚度的位置与坡角的距离增大,最大堆积厚度减小.     

粗颗粒含量对粗粒土密实程度影响研究

粗颗粒土的工程特性与其密实程度紧密相关,而紧密堆积程度是粗颗粒土密实程度的直接体现.根据以往实验结果,粗颗粒土的密实度受到颗粒级配的影响,而P_5含量(大于5 mm粒径颗粒含量)常常作为体现粗细颗粒比例的重要指标.为此,绘制10种不同级配的粗颗粒的累计曲线,使之与Fuller曲线对比以分析不同P_5含量的粗颗粒土的紧密堆积程度,并对所有土样进行分层击实,分析其在不同级配下的密实程度.研究发现:粗颗粒土的P_5含量在75%时其累计曲线与Fuller曲线最接近,可视作是最紧密堆积状态;粗颗粒土P_5含量为75%时具有最大密实程度且具有相对较低的含水率;P_5含量为75%时的级配为良好级配.     

基于离散单元法的溜砂坡堆积形态数值研究

采用离散单元法模拟了溜砂坡的堆积过程,研究粒间摩擦因数和颗粒形状对溜砂坡堆积形态的影响,建立粒间摩擦因数、颗粒形状与堆积形态的相关关系。研究结果表明:颗粒堆积体上、下部的粒径分布均具有分形特性,摩擦因数越大,堆积体上部分形维数和堆积角度越大。对比不同的颗粒形状,颗粒浑圆度越差,堆积体上部分形维数和堆积角度越大。随着粒间摩擦因数的增大,强力链数目减少,弱力链数目增多,力链结构的各向异性增强,颗粒间法向接触力的水平分量变小,接触法向的主方向向竖直方向偏转。圆形颗粒堆积体中力链分布呈树根状,考虑颗粒形状后的堆积体内强力链方向基本与斜坡平行。溜砂坡下部分形维数与其内部孔隙率呈较好的线性关系,下部分形维数越大,堆积体孔隙率越小。     

紧密堆积优化炸药粒度级配技术研究

以Dinger-Funk模型和可压缩堆积模型为基础,对炸药进行颗粒级配和堆积密实度的计算;并以黑索今炸药进行实验,验证了计算结果的准确性,探讨了炸药体系中细颗粒添加量对堆积密实度的影响。结果表明,经过粒度级配可以实现炸药粒度分布的优化,用可压缩堆积模型可以很好地预测炸药的堆积密实。在满足紧密堆积——Dinger-Funk粒度分布模型条件下,级配后的堆积密实度度提高了16%;只增细颗粒时,堆积密实度与原材料的粒度分布相关联。     

滑坡碎屑流颗粒分选效应的数值模拟

大量粗细不均匀的碎屑岩粒及孤大块石在滑坡碎屑流运动过程中的相互作用产生颗粒分选效应,影响了滑坡碎屑流的运移堆积特征及致灾效应。以模型试验的资料和数据为依据,运用三维颗粒离散元素法,建立滑坡碎屑流颗粒流数值模型,从滑体运动堆积过程中不同粒径组分的分布位置和动能两方面研究了滑坡碎屑流颗粒分选效应的形成过程,探讨了颗粒分选效应的形成机制。结果表明:滑坡碎屑流运动过程中,粗颗粒组分易获得较大速度并向滑体表层及前缘运移,细粒组分运动速度较慢,并向滑体底层及后部聚集,这种颗粒分选效应最终导致了滑体反粒序分布结构的形成。滑坡碎屑流颗粒分选效应是由振动筛分、小颗粒耗能较大率先停积、大颗粒碰撞分离等动力学机理共同作用的结果。     

基于离散元法的碎屑流运动堆积过程数值模拟

为给滑坡-碎屑流灾害的防治提供一定的理论依据,基于某真实复杂地形的三维空间分布形态,建立碎屑流三维离散元模型,定量分析该碎屑流的运动和堆积特性。结果表明:受不规则地形起伏的影响,碎屑流的运动形式以滚动为主,并伴随着跳动和平面滑动;该碎屑流物源有80%的碎屑颗粒堆积在坡脚,剩余20%的颗粒物残留在峡谷坡度较缓的部位,残留的岩屑是发生泥石流灾害的物源;碎屑流运动速度最大的时刻与颗粒接触量峰值相对应。离散元模拟结果与Scheidegger公式计算结果十分接近,验证了所构建的碎屑流模型及计算结果的合理性。     

碳化硅颗粒级配优化的理论与实验研究

运用堆积颗粒的颗粒级配优化模型,计算了碳化硅制品工业生产中使用原料常用的3种粒径的最优配比,同时通过3种粒径碳化硅颗粒的粉体堆积密度和压实密度的实验,获得了最优堆积密度和压实密度,对比验证了理论模型的计算结果。实验结果表明不同颗粒级配的堆积密度和压实密度的最优配比,与最优理论模型基本相符合。实验研究发现当粗中细3种颗粒粒度的最优化配比百分数为:63∶9.7∶26.8时,粉体自由堆积密度与压实密度达到最大。     

颗粒柱坍塌运动与堆积特性的研究综述

通过总结国内外有关颗粒柱坍塌运动模型的研究成果,分析了颗粒柱初始空间形态特征、颗粒基本物理特性、模型边界及环境条件等因素对颗粒柱运动堆积特性的影响规律及作用机制.颗粒柱的运动距离和堆积高度与其初始宽高比之间存在显著的线性及幂函数关系,高、低颗粒柱坍塌运动模式和能耗机制差异显著.颗粒粒径、颗粒刚度、颗粒破碎与颗粒潮湿等因素对颗粒柱坍塌运动与堆积特性的影响规律已基本达成共识.不同的挡墙约束条件、由气体掺入导致的流态化现象以及水体环境影响下颗粒柱运动的堆积特征已有初步的研究成果.但是有关颗粒柱初始孔隙率、颗粒摩擦因数、挡墙摩擦因数对颗粒柱运动堆积特性影响的结论仍存在分歧.综观当前的研究成果,颗粒受力特性与运动机制存在内联关系,复杂颗粒形状、可侵蚀床面、颗粒密度和水动力条件等对颗粒柱坍塌运动与堆积特性的作用机理均是未来的研究重点.     

泥石流宽级配砾石土中最优细粒质量分数试验研究

宽级配砾石土的最优细颗粒质量分数可最大限度地降低其渗透性,抑制拦砂坝底扬压力,保障工程安全.通过击实试验和理论分析,研究了宽级配砾石土中细颗粒质量分数对土体干密度(孔隙度)的影响,确定了泥石流堆积物中最优细颗粒质量分数.研究表明,土体干密度与细颗粒质量分数的关系呈抛物线型,抛物线顶点即为最优细粒质量分数.理论分析表明,细粒质量分数在15.5%~20.6%时,粗颗粒孔隙被细粒填满;土体最优细粒质量分数理论值为20.6%,粗、细颗粒均处于最紧密堆积,干密度最大,孔隙度最小.理论计算未考虑粗颗粒的级配和颗粒本身的不规则性,计算结果较实际值偏大.击实试验表明,泥石流宽级配砾石土的最优细颗粒质量分数在15.68%~16.92%之间;土体干密度趋于最大,孔隙度达到最小.因此,为有效降低泥石流拦砂坝基底扬压力,建议坝基砾石土中细颗粒质量分数保持在16%~20%.     

坡面形态和含水率对三维细砂边坡失稳影响的模型试验研究

受周围土体约束的空间效应,边坡破坏常呈现三维特征。采用模型试验对顶部压载下三维边坡的破坏机制和滑动面特征进行研究。试验考虑了坡面形态(平、凸、凹)和坡体初始含水率的影响,通过坡顶加载分力板,触发边坡模型失稳破坏。采用位移计和土压力盒分别记录坡顶位移和坡内土压力的变化。利用白砂层测量方法找到临界滑动面位置,获取滑面立体形态,分析了边坡破坏的产生、发展、失稳。试验结果表明:坡面形态对滑动特性影响很大,相同坡角下凹坡能承受最大的顶部荷载,平坡次之,凸坡最小。边坡均为浅层破坏,凹坡滑面深度最浅,平坡最大,破坏有明显的三维效应。含水率高的边坡承受的顶部荷载和滑面深度均小于含水率低的边坡。