堤坝管涌发展的改进模型

为了解决管涌通道的发展问题和管涌发展的数值计算问题,根据管涌实际形成机理,对管涌的微观物理模型进行了改进:在可动颗粒系统中,对可动颗粒按照粒径的大小进行分类,每个可动粒组作为一个整体圆管,按照粒径大小顺序,从通道管壁向中心依次排列。根据建立的新模型推导出新的可动颗粒起动的临界水头公式,并计算了两种典型级配土样的临界水头。结果表明:改进模型具有可行性和先进性,更适用于管涌动态发展的数值计算,为管涌的研究提供了更为简便的方法,并为管涌的数值计算进一步发展提供一个可行的新思路。?     

砂土管涌的细观机理研究

利用数码可视化跟踪技术和数字信息计算机实时处理技术进行管涌细观模型试验,从细观角度研究砂土管涌机理.研究得到管涌发展过程中颗粒的移动规律,渗漏通道的形成特点,流速、颗粒位移场等随水力梯度的变化特点,并从级配角度分析土样的稳定性,得到土体的稳定性与级配曲线形状及不均匀系数等因素有关的结论.结果表明,管涌形成过程中流速、颗粒运动和渗透通道形成规律很大程度上取决于骨架颗粒、可动颗粒以及水之间的相互作用,表明水土相互作用贯穿管涌发展的全过程.     

松散砂土边坡渗流特性的离心模拟试验研究

为了研究松散砂土边坡的渗流特性,进行了两组离心模拟试验,分别模拟地下水上升情况和降雨情况.地下水情况,水流由边坡上游边界流入,而降雨实验中,水流在坡顶边界均匀分布.本文通过分析水位上升的速度,水位线的形状以及土体变形,详细阐述了边坡渗流场在两种不同边界条件下的渗流特性以及其特性区别.     

考虑流固耦合效应的饱和砂土渗透破坏数值模拟

综合考虑水压力梯度力和拖曳力产生的流固耦合效应,建立3维颗粒流(PFC3D )数值模型,从细观角度分析砂土颗粒运动及水压力分布,与理论结果比较以验证数值模型的可行性,并建立实际的饱和砂土渗流模型,模拟超过临界水力梯度后的砂土颗粒运动及赋存状态。结果表明：水流速和颗粒级配对介质颗粒运动的影响较大,颗粒刚度比和摩擦系数的影响相对较小,但较软的颗粒能提高计算效率。该模型可从宏细观角度更准确地反映饱和砂土介质的渗透破坏机理,对实际工程的渗透破坏具有指导作用。     

土坡破坏过程的离心模型试验研究

为了研究土坡的破坏过程并进一步探讨滑坡的机理,开发了土坡离心模型试验和测量技术以观测加载条件下土坡的变形过程。进行了自重加载情况下的土坡离心模型试验,观察了土坡的破坏过程并测量了土坡的位移场变化。结果表明,新开发的试验测试技术能够较好地测量离心试验过程中土坡的变形。自重加载条件下土坡的破坏过程较为复杂,先后出现了拉裂缝和滑裂面,可以分为相对均匀变形阶段、应变局部化阶段和破坏后阶段等3个阶段。其中应变局部化与破坏过程关系密切,土坡的破坏可能是多种应变局部化的结果。     

砂土边坡地震动力响应离心模型试验

为研究砂土边坡的地震响应规律,采用El Centro波作为地震输入,在50倍重力加速度条件下进行边坡的动力离心模型试验。试验在土工离心机及专用振动台上实施,利用加速度传感器记录模型不同位置地震响应的加速度时程并进行频谱分析。结果表明:最大响应发生于坡顶,该处地震波反应谱放大系数最大值为4.78。地震波反应谱不同频率成分放大效果不同,与5.7~6.7 Hz的频率成分相应的反应谱放大最大。边坡自下而上存在地震响应放大现象,边坡上部响应大于底部,靠近边坡斜面的响应大于内部。     

堤防管涌试验研究与分析

为研究堤基内部填充颗粒在何等水力梯度下发生运移,进而流向出流口,最终引起管涌破坏,对砂槽模型试验装置进行了改进,避免出现接触冲刷破坏,以获得理论上发生管涌的临界水力梯度值。试验中考虑了不同细料含量、填充密度、渗径等条件下管涌临界水力梯度的变化,试验结果较为接近公式计算值。在此前提下,考虑了堤基内部存在渗流通道对管涌临界水头的影响,分析了渗流通道大小及通道距出流口远近对临界水力梯度的影响,得到了比较合理的结论。     

砂土边坡地震动力响应离心模型试验

为研究砂土边坡的地震响应规律,采用El Centro波作为地震输入,在50倍重力加速度条件下进行了边坡的动力离心模型试验。试验在土工离心机及专用振动台上实施,利用加速度传感器记录了模型不同位置地震响应的加速度时程并进行了频谱分析。结果表明最大响应发生于坡顶,该处地震波反应谱放大系数最大值为4.78。地震波反应谱不同频率成分放大效果不同,与5.7-6.7Hz的频率成分相应的反应谱放大最大。边坡自下而上存在地震响应放大现象,边坡上部响应大于底部,靠近边坡斜面的响应大于内部。     

饱和砂土地基上边坡地震动力离心模型试验研究

地震液化导致地基土体强度丧失往往对土工建筑物安全造成严重威胁.为借助动力离心模型试验研究地震液化对边坡稳定性的影响,该文采用粘度50cs的硅油作为孔隙流体,通过二步抽真空法制作具有饱和地基的边坡模型,利用不规则任意波作为地震输入进行动力离心模型试验,研究了饱和地基边坡的动力响应、动孔压变化以及坡底液化和滑坡等规律.试验表明:地震中超静孔压有明显增长,地震结束后超静孔压逐渐消散;边坡不同位置超静孔压比明显不同;饱和地基部分液化导致边坡刚度减小和土体阻尼增大从而使边坡土体的加速度明显减小.     

有关离心模型试验的路桥变形耦合特性数值模拟研究

路桥在变形特性方面是存在差异的,这就对行车的安全性造成了影响,因此,如何完善不同结构物连接处的过渡段设计是工程设计者普遍关注的问题。该文通过建立路桥过渡段三维数值分析模型,对计算结果和离心模型试验的结果进行分析,对路桥变形耦合特性进行了研究,并得出了相关结论。     

土质路堑高边坡变形特性的离心模型试验研究

通过离心模型试验揭示了土质路堑高边坡在开挖卸载过程中的变形特性及坡体应力变化特点,分析了土质路堑高边坡土体参数(密实度、含水量)变化对坡体变形特性和虚拟力(人为控制坡面变形而产生的力)的影响,以及两者之间的关系;讨论了在坡体的开挖卸载过程中,正在开挖卸载的坡面对上、下坡面的影响(通过坡面的变形及虚拟力的变化反映出来)规律.试验结果表明,坡体含水量的增加和密实度的减小均会改变坡体的应力状态,增大边坡侧向位移,降低边坡的稳定性.     

土石坝动力离心模型试验颗粒流数值模拟

以长河坝离心模型试验为基础,开展颗粒流细观数值模拟研究,分析大坝在不同地震加速度和离心加速度下的动力响应(加速度和位移)和破坏模式,并对长河坝双向振动台模型试验进行了数值模拟分析.数值模拟结果表明:数值模拟规律与离心振动台试验规律基本一致,坝体的地震破坏模式为坝顶局部滑动破坏;同一高程坝坡位置的动力响应大于心墙位置;随...     

基于螺旋离心泵内部流动特性的叶轮型线建模

为使计算机辅助设计在螺旋离心泵设计中得到更为深入的应用,根据螺旋离心泵流道内流体运动特征,建立表述理想状态下泵流道内流体质点运动轨迹的数学模型.将此数学模型作为叶轮型线模型,在MATLAB中解得叶轮轮缘、轮毂型线数据,将型线数据导入PRO/E生成三维空间的叶轮轮缘、轮毂型线,使用造型工具直接构造叶轮.通过螺旋离心泵设计实例及数值模拟验证,使用该设计方法设计过程简洁,对设计经验要求降低,设计质量得到提高,螺旋离心泵模型在设计工况,效率提高9.39%.     

含沙水流中粒径对离心泵叶轮磨损特性影响的数值分析

采用雷诺时均N-S方程、RNG k-ε模型和相间耦合SIMPLE算法,以含沙水为介质,选用离散相模型和Finnie的塑性冲蚀磨损模型,运用冻结转子法,对一台200SH-9.3单级双吸离心泵内固液两相流动进行全三维数值模拟.获得不同粒径时叶片工作面、背面、轮缘内侧面及轮毂面磨损强度及固相体积分数的变化规律,并且对主要磨损部位的磨损深度进行预测.通过对比清水介质时泵外特性试验数据以及磨损试验数据与数值模拟结果,验证了数值计算方法的可靠性.结果表明:随着粒径的增大,叶片工作面、背面、轮缘内侧面和轮毂面的磨损强度增大;叶片工作面的主要磨损部位集中在进出口及靠近轮毂一侧,叶片背面主要磨损部位集中在进口及靠近轮毂一侧;叶轮主要磨损部位的磨损深度预测值与实际磨损结果基本一致.     

基于欧拉双流体模型的风沙运动模拟

针对风沙运动的复杂性,基于N-S方程和标准k-ε湍流模型,利用CFD商业软件Fluent 6.3中的欧拉双流体模型,数值模拟了在不同摩阻风速、不同颗粒粒径下风沙流场随时间的变化情况,给出了风沙流达到稳定状态时所需的时间和给定空间位置上沙粒相体积分数的分布曲线.模拟的主要结果与已有的文献报道相一致,从而说明该模型可以用于风沙颗粒流体体系的动力学特性研究.     

砂土地基强夯室内模型试验及加固特性分析

为了获取德国莱比锡砂土地基强夯加固特性,采用自行设计的模型试验装置及量测系统,制备3种相对密实度的砂土进行了强夯室内模型试验,每组试验进行24击强夯。强夯过程中测量夯锤速度、位移、动态力、能量释放时间变化,结合PIV(particle image velocimetry)技术分析强夯后砂土颗粒位移结果,得到水平方向和深度方向的有效加固范围发展特性。结果表明:第6、12、18、24击的速度时程曲线在快速下降阶段基本重合,击数越高回弹速度越高、持续时间越短,体现为能量释放时间的不同;对于ID0.4、ID0.5、ID0.7试验组,从第6击到第24击的强夯能量释放时间分别下降38.9%、34.7%、31.4%,在第24击的夯锤位移回弹比分别达到65.3%、67.1%、69.0%;砂土相对密实度越高,夯锤冲击力越大,第6、12、18、24击之间的差别越小;随着夯击次数的增加,夯锤动态力峰值逐渐提高、上行曲线斜率变小,冲击行程逐渐缩短;ID0.4、ID0.5、ID0.7试验组分别在第20、18、15击后,水平方向有效加固范围增长大于深度方向。     

基于土工离心模型试验的平缓堆积层滑坡形成机理——以四川南江七岭村滑坡为例

2011年9月16日,四川省南江县特大暴雨诱发了1 571处滑坡,造成众多人员伤亡和财产损失。在这些滑坡中65%以上是堆积层滑坡。为了探讨南江县平缓堆积层边坡的滑动失稳机制,作者利用大型离心模型试验,再现了强降雨引起红层地区堆积层边坡的滑动失稳的全过程,获得了边坡变形破坏的特征参量。试验结果表明:天然情况下,边坡变形以沿基覆界面软弱层的蠕滑为主,坡体总体处于蠕滑变形状态;降雨情况下,坡体中后部拉张破裂变形显著,并最终产生整体滑动。通过模型和原型的综合对比分析,该边坡的滑动失稳机制为以蠕滑拉裂为基础、暴雨形成的裂隙静水压力为触发滑动的力学动因。     

低比转速离心叶轮的POD代理模型优化方法

针对离心泵叶轮水力优化过程中须不断预估叶型控制参数扰动对内流场变化的敏感性、计算量随控制参数的维数呈指数倍增长等不足,提出了基于本征正交分解(POD)代理模型的低比转速离心叶轮优化方法.采用泰勒多项式对离心泵叶片型线进行参数化控制,由控制参数扰动得到叶片型线的初始样本集,由叶片型线参数及叶轮CFD内流场数据构建样本快照集.采用POD方法预测各控制参数扰动下的流场,由此预估目标函数对控制变量的敏感性,并沿梯度矢量方向不断优化更新叶片型线.分析结果表明:POD代理模型能够快速地对流场进行精确的预测,大大减少离心泵优化设计的计算量.     

基于热力学模型的粉砂土改良膨胀土孔隙结构分形模型

为了减少膨胀土对土木工程的危害,降低工程的经济损失。对粉砂土改良膨胀土进行试验研究,通过对粉砂土掺量为0、10%、20%、30%、40%的膨胀土进行压汞试验,测得进汞压力同累计进汞量关系、孔径同累计孔隙体积关系、孔径与进汞增量关系;并选取热力学模型表征改良膨胀土孔隙结构特征,获取改良膨胀土孔隙分形维数。结果表明：掺加粉砂土会使得土体孔隙有所增加,孔隙类型发生了变化,随着粉砂土掺量的增加,孔径在1～1×10⁴ nm降低,在1×10⁴～1×10⁶ nm升高;基于热力学模型分析改良膨胀土孔隙分形特征时,分形维数2.410 83～2.580 32变化,线性相关系数在0.984 95～0.997 7,表明热力学模型能较好地表征粉砂土改良膨胀土孔隙的结构特征。