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1.
泥石流运动规律及其冲击性能对于泥石流灾害的影响范围及严重程度具有重要决定意义。出于泥石流这类多相介质的复杂性，本文采用离散元仿真软件EDEM 2018对碎屑流冲击流槽试验进行了数值模拟研究，考虑流槽坡度、底部拦挡结构角度以及颗粒级配的影响，在已有研究成果的基础上对固体颗粒运动过程及冲击性能展开了系统研究。本文将数值模拟结果与现存试验数据进行了对比分析，验证了数值模拟方法的可靠性，在此基础上得出了以下结论:(1)在拦挡结构角度与颗粒级配相同的情况下，流槽坡度越大，对应的碎屑流运动速度与冲击力的峰值也越大；(2)在流槽坡度与级配相同的情况下，拦挡结构越陡，与其相互作用的固体颗粒数量越多，碎屑流越快达到速度和冲击力峰值，且对应的速度与冲击力峰值也越大；(3)在运动过程中，各颗粒级配的碎屑流均出现反序现象，且细颗粒含量的提升可提高碎屑流运动速度，但同时冲击力降低，而粗颗粒含量的提升可增大碎屑流对拦挡结构的冲击力，对于运动速度的影响较小。 相似文献
2.
拦挡结构可以有效减小滑坡致灾范围、减弱致灾强度。文章以滑坡碎屑流为研究对象,通过对比模型试验和数值模拟结果,校正三维离散元模拟参数,进而研究不同坡脚角度和挡板高度对冲击力、最大水平运动距离的影响。研究结果表明:三个坡脚角度碎屑流冲击力的变化过程存在明显区别,坡脚角度为35°和45°时,冲击力时程曲线经历了两个显著的变化阶段:线性增大、线性减小。而坡脚角度为55°时,碎屑流冲击力时程曲线出现三个变化阶段:线性增加、恒力阶段、线性减小。挡板高度越高,恒力阶段的持续时间越短,冲击力线性减小阶段时间越长。小颗粒（2.5~10 mm）对挡板的冲击效应显著;中等颗粒（10~25 mm）随着挡板高度的增加,对挡板的冲击效应逐渐增大;而大颗粒（25~60 mm）作用在挡板上的冲击效应出现突变,与其他两种颗粒对比,整个运动过程冲击效应不显著。碎屑流的运程随着挡板高度的增加逐渐减小。对比三个坡脚角度下挡板的拦挡效果,坡脚角度α≤45°时,拦挡效果显著。 相似文献
3.
滑坡碎屑流对拦挡结构的直接冲击常产生较高的峰值冲击力和冲击能量,导致结构发生破坏而失效;而导引结构通过改变碎屑流的运动路径,可减缓其冲击效应,提高结构抗冲击能力。文章运用三维离散元模拟软件,结合室内休止角试验的结果,校准数值模拟参数,以三种不同导引结构(凹型圆弧、直线型、凸型圆弧)为变量进行数值模拟分析。研究结果表明:凹型圆弧结构B1可以有效地将碎屑流颗粒的冲击力进行转化,结构所受的法向力最小,切向力最大,对颗粒的导引作用最大。经过三种不同导引结构后,颗粒与滑槽之间的碰撞和摩擦是导致颗粒动能减小的主要原因;而三种不同导引结构对颗粒动能的耗散效果无显著差异。导引结构的作用对于颗粒堆积体积分布有显著的影响,主要影响区是靠近坡脚处,对导引结构之后的堆积区域的颗粒体积分布影响不显著。通过对冲击效应和堆积特性的研究,得到凹型圆弧结构形式最优,可以为碎屑流的防护工程抗冲击设计提供参考。 相似文献
4.
岩石碎屑流运移堆积过程数值模拟 总被引：2，自引：0，他引：2
岩石高速远程崩滑是一种特殊的、危害性很大的地质灾害,崩滑后期形成的高速岩石碎屑流具有很高的运移能力,破坏力极强。以岩石碎屑流为研究对象,重点模拟岩石碎屑流形成后,碎屑流的运移堆积过程和最大运移堆积距离。利用二维颗粒离散元数值模拟方法,建立碎屑流二维运动堆积模型,分析了岩石碎屑流初始高度、体积、加速斜面坡度、堆积底面摩擦系数以及堆积底面地表起伏程度对于岩石碎屑流最大运移堆积距离的影响。实验结果显示:岩石碎屑流运移堆积过程体现出了碎屑流物质的离散性和流动性; 碎屑流最大堆积距离随高度、体积、斜面坡度增大而增大; 随堆积底面摩擦系数、堆积底面地表起伏程度增大而减小。 相似文献
5.
以高位泥石流、碎屑流区桩梁组合新型拦挡结构为研究对象, 在总结已有桩梁组合结构的基础上, 运用颗粒流分析仿真程序、通用显示动力分析程序分别对碎屑流冲击下单排、多排桩林及桩梁组合结构拦挡效果、不同位置桩梁组合结构拦挡效果对比模拟以及桩梁组合结构受力特征模拟研究, 探讨了拦挡结构阻挡后碎屑流堆积特征和结构应力传递特征。计算结果表明: 碎屑流中较大粒径颗粒与拦挡结构、两侧沟道边界接触形成的桩-巨石力链拦挡效应可有效阻挡、迟滞后续碎屑流运动, 桩梁组合结构桩-巨石力链拦挡效应最佳; 第一排桩和第二排桩之间改流区进一步抑制了碎屑流速度; 桩梁组合结构在设计布置位置时, 一方面要考虑在碎屑流启动、势动转换过程中尽早抑制碎屑流速度, 另一方面仍需重视库容的设计, 谨防跃顶造成部分碎屑流逃逸, 在上述二者之间选择最优解进行位置布置; 碎屑流巨石冲击桩梁组合结构时, 冲击应力将通过连梁分散传递到后排桩, 连系梁两端连接部分的应力几乎达到屈服强度, 需加强配筋。 相似文献
6.
为探究震后及复杂地质山区土石混合体崩塌运动规律,采用离散元法分析崩塌运动过程,研究含石量和坡度变化下崩塌体崩塌运动速度、最远运距、冲击力及运动形式。结果表明:同一坡度下,含石量越大崩塌速度峰值越大,其运动时间越短;相同含石量,随坡度的增大速度峰值越大其运动时间逐渐缩短;细颗粒和块石的最大水平运距与含石量和坡度变化成正相关;含石量变化对崩塌体的冲击力影响较小,坡度变化对崩塌体的冲击力影响较大,其中坡度65°各含石量崩塌体出现滑动冲击阶段、动态冲击阶段、稳定堆积阶段;崩塌体崩塌演化经历了变形滑动、高速滑滚、准静态堆积三个运动阶段,运动形式以滑动为主。研究结果将为土石混合体崩塌灾害预测与治理提供参考。 相似文献
7.
滑坡启动机理研究是滑坡防治的前提条件。应用三维连续介质动态数值模型方法,采用摩擦模型、Voellmy模型2种流变模型,对滑坡启动过程进行分析求解,开展滑坡启动机理数值模拟研究。结果表明,不论是限制坡面(渠道型)还是无限制坡面,在2种流变模型和侵蚀率下,随着坡度逐渐增加,地形所提供给滑坡体的能量进一步增大,物质运动距离进一步增加,其相应的平均速度、最大速度(前端速度)和总动能也会进一步加大,经历了从缓慢蠕变至快速增加的过程。根据不同坡度下滑坡的启动、运动规律、堆积过程及各坡度下动力参数延程变化规律,可以将滑坡的启动坡度设定为25°~30°。该滑坡启动坡度的设定可为地质灾害防治措施和监测预警提供技术参考。 相似文献
8.
通过室内模拟冲刷试验系统研究了3°~30°坡度范围内坡面径流的侵蚀动力及产沙特征,分析了坡面径流能耗与径流侵蚀产沙之间的关系。结果表明,坡面径流平均流速随坡度和流量的增加而增大,流速与坡度和流量之间存在指数函数关系,坡度对流速的影响大于流量。在3°~21°坡度范围内,坡面径流单宽能耗随坡度的增加而增加,当坡度超过21°时,径流能耗随坡度的增加而降低。坡度对侵蚀产沙的影响也有类似的现象,在3°~21°坡度范围内,坡面径流平均单宽输沙率随坡度的增加而增大,当坡度达到临界极值21°和24°后,坡面径流平均输沙率随坡度增加而减小;在整个试验坡度范围内,径流平均单宽输沙率随流量的增大而增大;流量对坡面径流平均单宽输沙率的影响大于坡度。坡面径流平均单宽输沙率和单宽径流能耗之间存在明显的线性关系,其临界单宽径流能耗随坡度的增加而增加,土壤可蚀性参数随坡度的变化在10.368~30.366的范围变化,试验的土壤可蚀性的平均值为14.61。 相似文献
9.
《岩土力学》2017,(5):1281-1288
通过开展小尺寸的室内模型试验,研究了在不同滑道坡度和滑道宽度下,滑坡-碎屑流的运动和堆积特性。试验结果发现:斜坡坡度增大时,对于细颗粒堆积体,其冲程和平面覆盖面积均变大;对于粗颗粒堆积体,其冲程和平面覆盖面积均先变大后变小;两者的堆积宽度均减小、堆积厚度均增加。滑道宽度对滑坡运动影响显著,滑道宽度增加时,其冲程出现小幅度的增加,而平面覆盖面积和堆积宽度均出现较大幅度的增加,堆积厚度则变小;滑道出口宽度对滑体最终堆积范围影响显著,而滑道入口宽度的影响则相对较小。试验研究成果为滑坡-碎屑流堆积范围及堆积形态影响因素的探究提供了一定的理论参考价值。 相似文献
10.
滑体的运动速度、堆积形态、冲击力等因素决定了碎屑流的致灾程度。滑源区不同岩性特征和结构分布的差异导致了滑体粒序分布和颗粒粒径的差异。在运动过程中产生的碰撞、摩擦、跳跃,影响着滑坡碎屑流的致灾程度。在物理模型试验的基础上,运用三维离散元软件PFC3D,探究滑源区粒序分布及颗粒粒径对滑体运动速度、堆积形态、冲击力的影响。研究结果表明:碎屑流中各粒径颗粒的平均速度受颗粒粒径及滑源区初始粒序的共同影响,且初始粒序对各颗粒平均速度影响更大;在堆积形态方面,粒径大小对厚度方向上的粒序排布影响较大,而滑源区粒序分布对单种颗粒的堆积形态影响较大;在颗粒分选作用下,颗粒粒径成为控制峰值冲击力的主要因素,而滑源区粒序分布则通过决定滑体堆积形态控制了准静态堆积阶段碎屑流的冲击力。 相似文献
11.
基于拟静力法,结合塑性极限分析上限定理和强度折减技术,推导了桩板式挡墙与二级锚杆挡墙支护高边坡地震作用下的水平屈服加速度系数的上限解,分别计算了多级支护结构总高度、边坡平台宽度、土的抗剪强度折减系数、桩板墙桩侧土压力分布经验系数、锚杆挡墙倾角、锚杆轴力及倾角等因素下,多级支护边坡的水平屈服加速度系数的临界极限值。根据正交分析法,给出了地震条件下基覆边坡水平屈服加速度系数影响因素的敏感性顺序。研究表明,多级支挡结构高度和锚杆轴力敏感性较大,而锚杆倾角、桩侧土压力分布经验系数和边坡平台宽度的敏感性较小。锚杆倾角、锚杆挡墙倾角、边坡平台宽度、桩板墙抗力及桩侧土压力分布形式的选择等,对水平屈服加速度系数的影响较小。土的抗剪强度参数中,黏聚力对水平屈服加速度系数的影响较小,而内摩擦角的影响较大。 相似文献
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Xuzhen He Dongfang Liang Wei Wu Guoqing Cai Chenggang Zhao Shun Wang 《国际地质力学数值与分析法杂志》2018,42(11):1217-1234
This study uses an incompressible smoothed‐particle hydrodynamics model to investigate the interaction between dry granular material flows and rigid barriers. The primary aim is to summarise some practical guidelines for the design of debris‐resisting barriers. The granular materials are modelled as a rigid‐perfectly plastic material where the plastic flow corresponds to the critical state. The coupled continuity equation and momentum equation are solved by a semi‐implicit algorithm. Compared with flows in controlled flume experiments, the model adequately reproduces both the kinetic of the flows and the impact force under various conditions. Then the numerical simulations are used to study the detailed interaction process. It is illustrated quantitatively that the interaction force consists of two parts, ie, the earth pressure force caused by the weight of the soil and a dynamic force caused by the internal deformation (flowing mass on top of a dead zone). For the estimation of impact load, this study suggests that an increased earth pressure coefficient depending on the Froude number should be incorporated into the hydrostatic model. 相似文献
13.
Flowing sediments such as debris and liquefied soils could exert a tremendous amount of force as they impact objects along
their paths. The total impact force generally varies with slope angle, velocity at impact, and thickness of the flowing sediment.
Estimation of the impact force of flowing sediments against protective measures such as earth retaining structures is an important
factor for risk assessment. In this paper, we conduct small-scale laboratory physical modeling of sand flow at different slopes
and measure the impact force exerted by this material on a fixed rigid wall. We also conduct numerical simulations in the
Eulerian framework using computational fluid dynamics algorithms to analyze and reproduce the laboratory test results. The
numerical simulations take into consideration the overtopping of the wall with sand, which influenced the measured impact
force–time history responses. In addition, the numerical simulations are shown to capture accurately the change of the impact
force with slope angle. Finally, the modeling approach conducted in this study is used to estimate the quasi-static force
generated by the sediment as it comes to rest on the wall following impact. 相似文献
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根据影响浆砌块石挡土墙边坡稳定性的主要控制变量：挡土墙的垂直度i、挡土墙高度h、填料的内摩擦角 、墙后边坡土的重度 、土对挡土墙基底的摩擦系数 、土对挡土墙墙背的摩擦角 等6个因素变量,利用正交设计原理优化试验设计方案,结合库仑理论与力的多边形法,分析计算浆砌块石挡土墙边坡的安全系数,最后用尖点突变理论的突变级数法进一步判断边坡的稳定性。研究结果表明：影响挡土墙边坡稳定性的6个主要控制变量因素的主次关系为 ;在分析挡土墙边坡稳定性时,采用突变级数法进行计算判断,可以直观地判断边坡的稳定情况,从而弥补工程中运用传统的最小安全系数法进行判断出现的模糊不确定的情况。 相似文献
15.
Francesco Calvetti Claudio Giulio di Prisco Emmanouil Vairaktaris 《Acta Geotechnica》2017,12(1):129-144
In the design of sheltering structures/embankments for the mitigation of the risk due to rapid and long spreading landslides, a crucial role is generally played by the assessment of the impact force exerted by the flowing mass on the artificial obstacle. This paper is focused on this issue and in particular on the evaluation of the maximum impact force on the basis of the results obtained by performing an extensive numerical campaign by means of a 3D discrete element code, in which a dry granular mass is schematised as a random distribution of rigid spherical particles. The granular mass is generated just in front of the obstacle: its initial volume, velocity distribution, height, length and porosity are arbitrarily assigned, and the impact process is exclusively analysed. The initial conditions are varied to take a large variety of geometrical/mechanical factors, such as the initial front inclination, its height, the initial void ratio, the length of the impacting mass and the inter-particle friction angle, into consideration. A design formula is also proposed on the base of the obtained results and critically compared with the literature data. 相似文献
16.
Experimental Study of Dry Granular Flow and Impact Behavior Against a Rigid Retaining Wall 总被引：7，自引：1，他引：6
Shallow slope failure in mountainous regions is a common and emergent hazard in terms of its damage to important traffic routes and local communities. The impact of dry granular flows consisting of rock fragments and other particles resulting from shallow slope failures on retaining structures has yet to be systematically researched and is not covered by current design codes. As a preliminary study of the impact caused by dry granular flows, a series of dry granular impact experiments were carried out for one model of a retaining wall. It was indirectly verified that the total normal force exerted on a retaining wall consists of a drag force (F d), a gravitational and frictional force (F gf), and a passive earth force (F p), and that the calculation of F d can be based on the empirical formula defined in NF EN Eurocode 1990 (Eurocode structuraux. Base de calcul des structures, AFNOR La plaine Saint Denis, 2003). It was also indirectly verified that, for flow with Froude number from 6 to 11, the drag coefficient (C d) can be estimated using the previously proposed empirical parameters. 相似文献
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土工格栅加筋技术对膨胀土地质灾害的防治具有特殊效果,但目前对土工格栅与膨胀土界面特性的研究不足。采用南水北调中线工程新乡段的膨胀性泥灰岩风化土作填料,塑料单向拉伸土工格栅作为加筋体,在叠环式剪切试验机上通过施加不同的竖向荷载对其界面特性进行了拉拔试验研究。研究结果表明,土工格栅在膨胀土中的拔出过程主要经过3个阶段,分别是界面静摩擦力阶段、渐进剪切阶段和整体运动阶段,各阶段受力特性有明显差异;随着法向应力的增大,静摩擦力在界面抗剪强度比值呈对数级增大,从50 kPa时0.20增大至400 kPa时0.57,极限值可达到0.75;对挡土墙、高边坡等加筋设计中应考虑最大静摩擦力所占比重,在格栅的不同竖向高度处所受垂直应力不同,分段设计更加合理。 相似文献
18.
Knowledge of seismic active earth pressure behind rigid retaining wall is very important. In this paper, the pseudo-dynamic
approach, which considers the effect of both compression and shear wave propagation, is adopted to calculate the seismic active
force supporting c-Φ backfill. Considering a planar rupture surface, the effect of wide range of parameters like inclination of retaining wall,
wall friction and soil friction angle, shear wave and compression wave velocity, horizontal and vertical seismic coefficients
are taken into account to evaluate the seismic active force. Results are presented in terms of seismic coefficients in tabular
form and variation of pressure with depth. 相似文献
19.
The impact force to a rigid obstruction from a granular mass sliding down a smooth incline provides insights into the solid-like and fluid-like behaviors of granular avalanches and useful information for risk assessment and engineering design against landslides. In this study, a series of 2-D flume tests were performed to systematically investigate the effects of inclination angle, sliding distance, and initial relative density on the flow front velocity and impact force on a rigid obstruction. The experimental results show that for inclination angles smaller than the critical state friction angle of sand, an increase in the sliding distance and/or initial relative density results in smaller impact forces; for higher inclination angles, the trend is reversed. Based on the experimental results, an analytical equation is proposed to estimate the flow front velocity and an empirical approach is presented to estimate the maximum impact force based on elastic solid and hydrodynamic methods. The proposed equations are found to provide more accurate predictions for the maximum impact force than similar equations in the literature. 相似文献
20.
为研究强降雨条件下地表径流和裂隙水流的拖曳力作用对斜坡稳定性的影响,建立斜坡地表径流和地下水渗流耦合分析模型。采用Navier-Stokes方程描述地表径流和裂隙水流,Brinkman-extended Darcy方程描述土体和岩石中的渗流,并根据不同介质交界面处流速相等及剪应力连续的边界条件,推求各介质中的流速分布。应用Newton内摩擦定律求得水流对斜坡产生的拖曳力,进而将拖曳力嵌入刚体极限平衡理论对斜坡稳定性进行分析。典型斜坡实例计算结果表明,当未考虑拖曳力效应时,斜坡的安全系数为1.164,考虑水流对斜坡土体产生拖曳力效应时,斜坡的安全系数为1.089,斜坡安全系数降低了6.44%。这表明拖曳力作用对斜坡的稳定性存在不利影响,斜坡土体在近乎临界稳定状态下拖曳力将对斜坡失稳起到决定性作用。最后分别讨论了考虑拖曳力和不考虑拖曳力情况下斜坡的安全系数与径流水深、斜坡倾角、土层厚度之间的关系。分析表明,在其他条件相似的条件下,斜坡越陡,斜坡土体的安全系数下降越明显;斜坡安全系数随着斜坡倾角增加而不断降低,随着土层厚度的增加而不断降低。 相似文献