不同拦挡结构对滑坡-碎屑流冲击和堆积特征的影响

滑坡碎屑流是高位滑坡的一种常见运动形式,具有大规模、远程、高速的特点,在滑坡碎屑流运动路径上设置拦挡结构,可减小其致灾范围和致灾强度。文章运用三维离散元模拟软件,研究3种不同拦挡结构对滑坡碎屑运动和堆积特性的影响。研究结果表明:由于拦挡结构的作用,碎屑流颗粒的运动方向发生偏转,同时滑体的速度分布产生显著的变化-滑体最大速度从坡脚处变化到滑槽上颗粒的后缘。随着拦挡结构宽度的增加,法向力显著增大,切向力增加不显著;堆积区面积和最大水平运动距离不断减小,安全区的面积逐渐增加。本文引入无量纲数(Nk)分析颗粒分选效应对不同颗粒的运动和堆积特性的影响,相同拦挡宽度时,K3的Nk值最小,K1的Nk值最大; 3种颗粒的Nk值随着拦挡结构宽度的增加逐渐增大。有拦挡结构时,碎屑流颗粒堆积体积百分比呈现指数函数分布,即随着运动距离的增大逐渐减小;无拦挡结构时,颗粒堆积体积的百分比呈现Extreme函数分布,即体积分布在中间位置附近取得峰值,向两侧呈递减趋势。     

室内火灾烟气运动及机械排烟的大涡模拟

采用机械排烟是控制建筑火灾烟气扩散与蔓延的一种有效手段。利用大涡模拟方法,对建筑物室内火灾烟气运动及机械排烟进行了数值模拟。在室内后侧墙处有机械排烟口的条件下,模拟得到的烟气瞬时温度随时间的变化与实验相符合,计算出的烟气层高度也与实验相符合。通过数值模拟对室内机械排烟口的位置进行了优化选取,表明机械排烟口的不同位置对室内烟气运动有较大的影响。当火源位于房间地面中心时,在顶棚中心或左端中心实施机械排烟比在后侧墙处实施机械排烟可取得较好的排烟效果。这说明将排烟口布置在沿烟气运动趋势较强的路径且远离进风口处,可有效地控制室内烟气层的高度。     

混凝土动态力学性能数值模拟研究

数值模拟是研究混凝土动态力学性能主要手段之一。编写二维混凝土多边形粗骨料随机分布程序,利用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA对直径74mm、高70mm混凝土在不同冲击速度下的动态响应进行模拟,分析冲击速度、粗骨料最大粒径、最小粒径和体积含量对多边形粗骨料混凝土动态特性影响,考察多边形粗骨料混凝土动态破坏模式。数值模拟表明:混凝土表现出明显的率敏感性;随着粗骨料颗粒最小粒径增大,多边形粗骨料混凝土峰值应力逐渐减小;随着粗骨料颗粒最大粒径增大,多边形粗骨料混凝土峰值应力呈现先增大后减小趋势;当粗骨料体积含量小于40%时,随着粗骨料体积含量增加,多边形粗骨料混凝土峰值应力逐渐增大,当粗骨料体积含量大于40%时,随着粗骨料体积含量增加,多边形粗骨料混凝土峰值应力逐渐减小。     

预紧力对输电塔节点承载能力特性研究∗

为探讨风荷载作用下输电塔破坏机理,本文以实际输电塔体系为例,通过建立不同螺栓预紧力作用下输电塔节点精细化模型,用来进行输电塔的螺栓在实际工程中拧紧程度的模拟;提出了螺栓与输电塔各构件之间的非线性接触力模型,研究了风荷载作用下输电塔构件之间接触效应的精确模拟.结果 表明:随着预紧力的增大,斜材螺孔应力、节点板上相对位于斜材处螺孔应力和斜材螺栓应力逐渐增大,并基本呈线性变化;而主材螺孔应力、节点板上相对位于主材处螺孔应力和主材螺栓应力基本不变.可见随着外荷载加载比例逐渐增大,螺栓预紧力对节点承载力性能的影响逐渐减小.     

碎屑流冲击挡墙的土拱效应研究

为揭示干碎屑流冲击挡墙过程中碎屑颗粒在底板、底板与挡墙之间的土拱效应,探讨了土拱效应的形成机理、冲击力拱的形成特征以及对冲击力分布变化的影响,为碎屑流的工程防护提供理论支持。利用PFC模拟方法和模型试验的数据资料,进行了不同底板坡度下干碎屑流冲击挡墙的数值模拟分析。发现碎屑流运动中摩擦作用和碰撞机制导致的底板的颗粒之间、垂直底板方向上不同高度颗粒之间的速度差异是土拱效应的形成机理;碎屑流颗粒之间以及颗粒与底板间的摩擦作用引起的冲击力迹线的偏转较小,形成小冲击力拱;颗粒的冲击力迹线在碎屑流受挡墙的阻止时产生较大的偏转叠加,在底板与挡墙间形成大冲击拱。研究结果表明:碎屑流的运动机理产生土拱效应,土拱效应的特征不仅影响了碎屑流冲击力的分布变化,还导致了冲击力随挡墙高度的非线性分布。     

橡胶颗粒土动剪模量与阻尼比的共振柱试验研究

废旧轮胎橡胶颗粒与砂土组成的橡胶颗粒土相比于纯砂而言,具有密度轻、弹性变形能力强、耗能大、剪切模量低等特点,可广泛应用于边坡、挡土墙和路基回填、桥台跳车治理以及建筑隔震减振等工程领域。通过共振柱试验,重点对比研究了橡胶含量、粒径及围压对混合土动剪切模量和等效阻尼比的影响规律。结果表明,小应变范围内,在围压和粒径相同时,随橡胶含量的增加,橡胶土动剪切模量减小,阻尼比增大,动剪模量比衰退变缓;含量和粒径相同时,围压增大,动剪模量增大,动剪模量比衰退变缓,阻尼比减小。在大应变幅值下,橡胶含量较低时,随着围压增大,动剪模量比衰退明显加快;而当橡胶含量较高时,围压对其影响与小应变范围相同;而围压与橡胶含量相同时,不同橡胶粒径的模量与阻尼比曲线非常接近。橡胶土的动剪模量与阻尼比主要受橡胶含量与固结围压影响,而粒径影响可忽略不计。     

新亚欧大陆桥新疆段风沙流活动特性及停积规律

通过对新亚欧大陆桥新疆段不同区段风沙流实测资料的分析,探讨了砾漠区和沙漠区的风沙流活动特性及其停积规律.研究表明,风沙流随风力条件、下垫面状况而变化,其搬运能力与风力大小呈正相关;高程与含沙量(%)对数尺度之间具有良好的线性关系,含沙量随高度增加成指数规律衰减;砾漠区沙粒粗大,在2.0m以下高程其含量随高度增大而明显增大,沙漠区风沙流物质成分以细粒为主(占71%);物质运动以跃移为主,易在低路堤边坡,半填、半挖路基和浅路堑处沉降积沙;在风沙流运动方向与线路走向的夹角＜30°时,积沙厚度较小,而当其＞45°时,积沙量随夹角增大呈明显增多的趋势.     

甘肃省暴雨洪水时空分布及风险评估

利用甘肃省1951-2008年的降雨资料,基于GIS平台进行了暴雨洪水灾害的时空分布特征分析,基于层次分析法建立了区域暴雨洪水灾害风险评估指标体系,对甘肃省暴雨洪水灾害进行了风险评价。研究结果表明:(1)甘肃省58 a中只有3 a没有暴雨记录,其他年份均有暴雨发生,甘肃省记录的日最大降雨量为167 mm,发生在平凉市;(2)近60 a来甘肃省暴雨量在空间上呈现从西向东逐渐增大的态势,累计暴雨量以庆阳市为最高,依次为平凉市、天水市和陇南市;(3)甘肃省暴雨洪水灾害综合风险最高的地区为临夏州、天水市、平凉市、庆阳市部分地区、兰州市局部地区和陇南市部分地区,其面积为2.95万km~2,百分比为6.77%;中等及较高风险地区面积分别为6.57万km~2和4.64万km~2,其面积百分比为15.05%与10.62%;较低和低风险区所占面积为29.51万km~2,所占面积百分比为67.56%。(4)甘肃省暴雨洪水灾害高风险区面积不大,但危害性较高,这些区域为该省主要的人口聚集地和重要的农业生产基地,对社会经济发展的影响较大,而综合风险较低的区域则多为戈壁滩和沙漠,人类活动较少,对社会经济影响较小。     

三峡库区土壤侵蚀遥感定量监测——基于GIS和修正通用土壤流失方程的研究

在GIS技术的支持下,通过遥感技术和野外调查进行信息采集,选用修正的通用土壤流失方程(RUSLE)估算了整个三峡库区的年均土壤侵蚀量,分析了土壤侵蚀的空间分布特征,计算了不同土地利用类型的土壤保持能力,并对库区进行了防治强度预报.结果表明,三峡库区年均土壤侵蚀量为18476.27×104 t/a,平均土壤侵蚀模数为3316.53 t/(km2·a),属于中度侵蚀.库区年均土壤保持量为48427633×104 t/a,其中有林地、其他林地和高中覆盖度草地的年均土壤保持量最大, 水田保持土壤能力最强, 旱地保持土壤能力最小.库区预防强度预报结果为2005年三峡库区需要治理和急需治理的面积占总面积的25.67%,所占比例较大,预防和治理土壤侵蚀的任务比较艰巨.     

泥石流梁式格栅坝泥砂粒径调节试验研究∗

梁式格栅坝是泥石流防治工程中一种常见的透过型拦砂坝，具有拦粗排细的独特功效。通过室内水槽模型试验，探究了梁式格栅坝对泥石流泥砂粒径的调节特性。研究表明，梁式格栅坝在试验工况下均表现出一定的粒径调节作用，但在不同条件下差异明显，对于水石难分的高容重泥石流难以达到较好的粒径调节效果。分析认为，透过型拦砂坝的粒径调节可能是其容重调节的原因，坝体拦截了大部分粗颗粒物质，使泥石流体的结构变化，导致泥石流浆体能悬浮和输移的最大颗粒粒径变小。其次，提出了一种可用于透过型拦砂坝泥砂粒径调节效率的评价方法，并对比分析了该方法与现有常用评价方法的优势与合理性；基于模拟试验结果，通过多元非线性拟合，得到了新评价方法下考虑泥石流性质、过坝前运动状态和坝体尺寸的影响因素的泥砂粒径调节效率计算公式，可为梁式格栅坝设计中粒径调节效率的预测评估提供参考。此外，试验发现，梁式格栅坝泥砂粒径调节效果还受其拦截泥石流时的闭塞表现的影响。     

玻璃球动弹性模量特性试验和数值模拟研究

堆石料颗粒形状较为复杂,且存在明显的颗粒破碎特征。为剔除颗粒形状对堆石料动力特性的影响,在不考虑颗粒破碎的情况下,采用玻璃球模拟堆石料进行动三轴试验,分析了试验围压对玻璃球动弹性模量的影响。基于动三轴试验成果,开展了细观数值模拟研究。研究表明:玻璃球的动弹性模量变化规律与堆石料的基本一致;三维颗粒流方程能较好地模拟该材料的动弹性模量特性;随着粗细颗粒直径跨度增大,试样级配关系增强,最大动弹性模量随之增大;细颗粒直径变小和粗颗粒直径变大都将引起最大动弹性模量的增大。试样的动弹性模量随着细观剪切模量的增大而增大,近似为幂函数关系,动应变降低。     

玻璃球模拟堆石料强度和变形特性试验研究北大核心CSCD

堆石料具有显著的颗粒破碎和三维形状特性,该特性对材料的整体强度和变形特性的影响不容忽视。为剥离颗粒破碎和三维形状特性对堆石料强度和变形特性的影响,采用玻璃球来近似模拟堆石料,基于中型三轴仪器分析了颗粒组构对强度和变形特性的影响。结果表明:在颗粒破碎不明显的工况下,玻璃球能够近似模拟堆石料的强度和变形特征,颗粒破碎对试样的强度影响要低于其对体积应变的影响;材料的峰值强度随着颗粒直径的增大而增大,体积应变随着颗粒直径的增大而减小;在孔隙比相近的情况下,颗粒级配的变化对材料的强度影响较小,对体积应变影响较大,小颗粒掺入有助于改善级配和控制剪胀变形。     

引汉济渭工程地质灾害风险预测

陕西省引汉济渭工程属于跨流域大型水利工程,5个单元工程呈线状跨越构造剥蚀山地和断陷盆地,工程地质性质差异大,易发生地质灾害。实地调查地质灾害点共72处,其中滑坡66处,崩塌3处,泥石流3处。现状评估认为地质灾害危险性中等13处,其余59处均为危险性小。预测评估认为工程本身可能遭受31处地质灾害威胁,危险性小28处,危险性中等3处;工程建设可能加剧地质灾害39处,危险性小36处,危险性中等3处;工程建设可能引发地质灾害30处,危险性小15处,危险性中等15处。综合评估工程主要位于危险性小的区段,受地质灾害危害不大,风险较低。     

崩塌体运动的全过程模拟及工程应用研究

基于颗粒流程序,建立颗粒-颗粒之间和颗粒-墙体之间线性接触刚度模型、滑动模型和带滞后阻尼性质的接触模型,对危岩体崩塌各个运动过程进行数值实验,得出一种比较理想的模拟方法和参数选取方法,对于研究含有多种运动形式的危岩体崩塌复合运动有一定的参考价值。结合工程实例,模拟危岩体自脱离边坡坡面到运动终止的全过程,并说明模拟方法的有效性,预测危岩崩塌体的滑落距离和任意位置处的速度,为选取合理的防治措施提供指导。     

玻璃球模拟堆石料强度和变形特性试验研究

堆石料具有显著的颗粒破碎和三维形状特性,该特性对材料的整体强度和变形特性的影响不容忽视。为剥离颗粒破碎和三维形状特性对堆石料强度和变形特性的影响,采用玻璃球来近似模拟堆石料,基于中型三轴仪器分析了颗粒组构对强度和变形特性的影响。结果表明:在颗粒破碎不明显的工况下,玻璃球能够近似模拟堆石料的强度和变形特征,颗粒破碎对试样的强度影响要低于其对体积应变的影响;材料的峰值强度随着颗粒直径的增大而增大,体积应变随着颗粒直径的增大而减小;在孔隙比相近的情况下,颗粒级配的变化对材料的强度影响较小,对体积应变影响较大,小颗粒掺入有助于改善级配和控制剪胀变形。     

气溶胶在华北地区霾期间中低对流层中随高度的季节变化

采用美国宇航局(NASA)的CALIPSO星载正交极化云-气溶胶激光雷达(CALIOP)的监测数据,对2007年1月1日至2008年12月31日华北地区霾期间中低对流层气溶胶散射强度、粒子规则性和粒径大小随高度的季节变化进行了研究。结果表明:霾期间在4 km以下的中低对流层大气中,春季气溶胶粒子的出现频率最高,且散射最强的气溶胶出现高度春季和秋季在1~2 km,夏季在3~4 km,冬季在0~1 km;四个季节均以球形或接近球形的规则性气溶胶为主,其中夏季气溶胶的规则性最强,春季气溶胶的不规则性最强,除春季外气溶胶的规则性随高度的增大而增大;春季气溶胶粒径大于其他季节,且随高度增大而增大,其他季节气溶胶粒径大致随高度增大而减小。多数情况下各层均以小粒径气溶胶为主。     

阶梯型大跨屋盖结构风荷载数值模拟研究

以某阶梯型体育馆为研究对象,基于CFD数值模拟方法,利用RNGκ-ε湍流模型对阶梯型大跨屋盖风荷载进行了研究,并与风洞试验结果进行对比分析,得出阶梯型大跨屋盖结构表面的风压分布及变化规律,为此类复杂体型的大跨结构抗风研究提供依据。结果表明:1CFD数值模拟技术可用于实际结构风荷载的分析研究;2阶梯型屋盖高度差对屋盖表面风压系数有较大影响,高度差较小一侧,屋盖迎风面分块区域的平均风压系数呈负压,高度差较大一侧,屋盖迎风面分块区域的平均风压系数为正压;3此类阶梯型大跨结构屋面风压分布主要以吸力为主;4阶梯型屋盖屋檐处的风压系数较转角凹处小,需对风压系数较高的位置做好预防措施。     

基于分形维数的高速铁路“微膨胀性”泥岩微观孔结构分析∗

微膨胀性泥岩严重影响高速铁路的平稳运行,为研究压实作用对高速铁路微膨胀性泥岩微孔隙结构的影响,采用冻干法将压片机制备的不同干密度的试样进行干燥,应用压汞仪定量测定其孔隙分布特征。研究结果表明:随着试样干密度及进汞压力的增大,试验界限进汞压力逐渐增加,最大进汞量逐渐减小;不同干密度试样的孔隙特征分布曲线均呈现出明显的三峰特征,据此将试样孔隙分为大孔、中孔和小孔三类;采用与研究土体粒径级配类似的方法对孔隙的分布进行了分析,发现不同干密度的试样,小孔隙占比均较大;压实作用对大孔隙影响显著;采用Menger海绵模型及热力学关系模型对泥岩孔隙结构的分形特征进行了研究,研究发现泥岩干密度越大,泥岩孔隙内壁越粗糙,孔隙结构越复杂。研究成果可为膨胀泥岩地区高速铁路修建提供参考依据,对该地区同类工程建设具有借鉴意义。     

地震条件下陡峭岩体崩塌式渐进破坏研究

基于离散单元法DEM,推导颗粒黏结-阻尼振动-运动演化方程,建立三维陡峭岩体模型,在地震横波与纵波条件下,进行岩体渐进式破坏演化动态过程模拟,在模型中实时跟踪9个监测点相关力学及运动参数,分析从稳定至滑动,再到碎石运动演化过程中参数变形情况。结果表明:细观颗粒间从黏结到损伤断裂再到运动的过程中,非线性运动特征差异化明显。水平向横波作用下,左侧岩体渐进式破坏严重,呈现出断裂-分离-接触碰撞-再分离的运动演化过程。不同振动强度下,岩体破损程度差异明显,振幅15以上岩体破坏严重。纵波单独作用下,岩体虽发生水平向裂纹,中部发生较大变形,但整体结构保持较好;模拟发现横波是岩体破坏的主要因素,纵波和横波叠加作用下两侧岩体破坏严重。     

土石坝振动台模型试验颗粒流数值模拟分析

目前一般采用振动台试验、离心振动台试验和有限元动力分析来获得土石坝在设计地震荷载作用下的形态和抗震性能。本文结合孔宪京等的土石坝振动台试验结果开展了颗粒流细观数值模拟研究,克服了传统连续介质力学的宏观连续性假设,形象而直观地表现出坝体在动力荷载作用下的破坏特征。数值模拟规律与振动台试验规律基本一致。同时还分析了坝体颗粒粘结强度和地震峰值加速度变化对坝体破坏特征的影响。数值结果表明,当颗粒间粘结强度较低时,表现为坝体表面颗粒的滑动破坏,粘结强度稍大时,会出现局部的小块颗粒团整体滑动破坏;随着峰值加速度的增大,坝顶沉降量在增大,坝体破坏特征不变。