无粘性散粒堆积体运动与堆积特性的模型试验和数值模拟研究

论文摘要

近年来受到强烈地震和极端气象事件的影响,我国滑坡-碎屑流频繁发生,造成了巨大的生命财产损失,对其运动机制和波及范围一直是国内外学者们研究的重点。但是到目前为止仍没有取得公认的、普遍接受的滑坡-碎屑流运动机理,所以在碎屑散粒体的运动堆积机制上仍有待研究。采用室内模型试验和数值模拟相结合的方法,模拟了在特定条件下滑坡-碎屑流的运动和堆积过程。首先以球形颗粒堆积体为研究对象,开展室内模型试验探索了堆积体体积和小颗粒含量变化对散粒体运动堆积的影响,并且结合数值模拟对散粒体运动堆积进行分析。得到如下结果:（1）球形散粒体的滑动堆积具有的反序现象,随着体积的增大,这种现象更为明显;球形散粒体在加速阶段有着明显的横向扩展现象,受大粒径颗粒含量影响较大。（2）颗粒末端距坡底距离很大程度上取决于先抵达坡底颗粒的停积距离;后续抵达坡底的颗粒,有些大粒径颗粒可以跳动越过先前停积的小颗粒继续向前运动,停积在前部或小颗粒的上方,小粒径颗粒则更多的被阻挡在堆积物的末端。（3）堆积体末端颗粒分布受体积影响较大;前端颗粒的停积距离很少受体积和颗粒级配的影响。然后以大小一致的方形颗粒堆积体为研究对象,对初始堆积体上不同位置颗粒的滑动和堆积过程中的轨迹进行分析,模拟了不同工况条件下堆积体的堆积分布,并进行了简要分析。结果表明:（1）方形颗粒堆积体中不同位置颗粒运动方式并不相同,上层颗粒主要以跳动及滚动为主,中间层颗粒主要以滑动为主,并伴随着少许颗粒滚动,下层颗粒则多以滑动方式运动。（2）颗粒的运动方式并不固定,颗粒在运动过程中多种运动方式相互交替。（3）在启动加速阶段,前排边缘处颗粒在横向扩展达到最大后,停止横向扩展,保持垂直坡脚线向下运动;后排颗粒一直保持横向扩展状态,直到坡底。通过已开展的模型试验和数值模拟,分析了无粘性散粒在启动加速过程中的运动状态以及不同因素对颗粒运动堆积分布的影响。所得成果可为更近一步深入研究滑坡-碎屑流运动及堆积提供一定参考作用。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究目的与意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 理论研究
•     1.2.2 模型试验
•     1.2.3 数值模拟
•   1.3 研究内容、研究方法与技术路线
•     1.3.1 本文主要研究内容
•     1.3.2 研究方法与技术路线
• 第2章 模型试验方案
•   2.1 试验装置
•   2.2 试验材料
•   2.3 试验方案
•     2.3.1 试验方案一
•     2.3.2 试验方案二
•   2.4 试验数据采集
•   2.5 本章小结
• 第3章 数值模拟方案
•   3.1 基本理论
•   3.2 求解步骤
•   3.3 模型建立
•     3.3.1 试验方案一模型建立
•     3.3.2 试验方案二模型建立
•   3.4 数值模型参数标定
•     3.4.1 试验方案一参数标定
•     3.4.2 试验方案二参数标定
•   3.5 本章小结
• 第4章 球形颗粒滑动堆积模型试验及数值模拟
•   4.1 概述
•   4.2 模型试验结果分析
•     4.2.1 堆积体滑动过程分析
•     4.2.2 堆积体体积影响
•     4.2.3 颗粒级配的影响
•   4.3 数值模拟结果分析
•   4.4 本章小结
• 第5章 方形颗粒滑动堆积模型试验及数值模拟
•   5.1 概述
•   5.2 模型试验结果分析
•   5.3 数值模拟结果分析
•     5.3.1 滑动过程分析
•     5.3.2 颗粒的所处位置对运动方式影响分析
•     5.3.3 颗粒运动轨迹分析
•     5.3.4 堆积过程分析
•     5.3.5 影响因素分析
•   5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间的学术活动及成果情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈一鸣

导师: 卢坤林,蔡顺

关键词: 滑坡,运动过程,堆积形态,模型试验,数值模拟

来源: 合肥工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备

单位: 合肥工业大学

分类号: P642.2

总页数: 79

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