散粒体中锚杆间距的锚固效应研究

采用细观数值模拟方法研究散粒体的锚固效应,基于随机模拟技术生成三维多面体颗粒及其在空间中的分布,在随机散粒体不连续变形模型的基础上将砾石锚固试验进行数值实现,分析加锚散粒体材料的宏观与细观力学性能,研究加锚密度及其与颗粒粒径的关系对散粒体力学性质的影响,并探讨锚杆在散粒体材料中的作用机制。分别建立不同锚杆间距和不同颗粒粒径的数值试样,数值模拟结果表明：散粒体锚固数值试验能够较好地反映不同加锚散粒体结构的变形规律与锚固效应;散粒体材料的宏观特性与其细观组构的演化密切相关;锚杆加固散粒体的作用机制为加锚散粒体内形成压缩区,挤压加固作用提高了散粒体间的接触作用力,散粒体结构的整体性得到加强并能承受一定荷载;不考虑锚杆长度的情况下,当锚杆间距小于3倍的散粒体平均粒径时,锚杆能够有效地加固散粒体形成稳定结构。     

管道穿越对煤系土河床冲刷深度的影响

为研究管道穿越煤系土河床后对冲刷深度的影响,基于室内构建的煤系黏土质和砂质河床模型试验装置,设置不同管道埋深、管径大小和冲刷流速进行冲刷模拟试验,并利用SPSS 25.0软件对河床冲刷深度与以上3个因素进行多元线性回归分析。结果表明:管道埋深、管径大小和冲刷流速3个因素能够解释冲刷深度71.4%~80.6%的变化,管道埋深显著负向影响冲刷深度,管径大小和冲刷流速显著正向影响冲刷深度。管道穿越会破坏河床颗粒间的原始胶结状态,强化水流的冲刷作用。利用所得线性回归方程对珠海市某管道穿越工程进行安全性验证,考虑了管道埋深与管径大小对冲刷深度的影响,验证结果证明了回归方程的可行性。研究成果为管道穿越工程设计提供一定参考。      

冲刷漏斗纵剖面形态数值模拟技术研究

提出σ坐标系垂向分层的优化方法,较好地解决了传统σ坐标变换用于底孔泄流数值模拟时存在网格边界变化的问题;采用一维水流模型为立面二维模型提供自由水面边界,即"动刚盖法"确定自由表面;根据坝前趋孔水流的流动特性和水下纵坡稳定性受力分析,分别导出σ坐标系下床面泥沙边界条件和底孔泄流初期河床滑塌的判别式。在此基础上建立底孔泄流条件下立面二维水流泥沙数学模型,并将之应用于有刚性护坦条件下冲刷漏斗形成的数值模拟。模拟结果表明,漏斗冲刷平段长度、漏斗纵坡等数值试验结果与水槽试验基本一致,验证了模型的合理性和可靠性。     

基于应变空间多机构CG模型的地震液化大变形数值分析

砂土液化导致的地基侧向大变形是地震中许多重要的工程设施和建筑物破坏的主要原因之一。简要介绍了可进行液化大变形分析的散粒体材料本构模型--应变空间多机构CG模型,基于FLIP ROSE程序平台,建立了预测和研究倾斜地基砂土液化导致侧向大变形的二维有限元数值分析方法。采用该模型对相同工况的土工动态离心模型试验进行了模拟,通过对比超孔隙水压力、剪切波水平加速度以及地基侧向位移发现,数值预测与试验结果吻合良好,从而验证了该有限元数值分析模型的可靠性。最后利用该数值分析模型预测了倾斜率不同的地基受到相同剪切波作用时,倾斜地基不同深度产生的侧向位移。预测结果显示,随着地基深度的减小,倾斜率对于地震液化导致倾斜地基侧向大变形的影响越来越显著。     

黄河下游河床纵向与横向变形的数值模拟——Ⅰ二维混合模型的建立

提出了黄河下游滩岸冲刷问题的严重性,评述了河床横向变形模拟技术和河床变形混合模型的研究现状,并指出现有模型不适用于黄河下游的河床变形计算.将平面二维水沙数学模型与粘性河岸冲刷模型结合,建立了河床变形的平面二维混合模型.采用多种改进措施后,该模型能同时模拟天然河道的纵向与横向变形,尤其适用于河床纵横向变化都十分剧烈的黄河下游.     

钱塘江河口过江隧道河段极端洪水冲刷深度的预测

钱塘江河口为强冲积性河口,在洪潮水流共同作用下河床冲淤剧烈,极端洪水条件下河床的冲刷深度是过江隧道工程的关键问题之一。基于河床演变分析、动床数值模拟和动床物理模型等研究手段,建立了钱塘江河口过江隧道河段洪水冲刷深度的预测模型,分别经钱塘江河口的典型实测地形、水流泥沙及河床冲淤等实测资料进行验证。在此基础上预测了某过江隧道河段在极端洪水作用下河床最大冲刷深度,三种研究方法所得的结果定性定量基本合理,且与后来地质详勘的沉积分析成果基本一致,进一步表明了预测模型的可靠性,预测的最大冲刷深度可为过江隧道的合理埋设提供科学依据。     

沙质河床冲刷过程中床沙级配的模拟

研究了沙质河床冲刷过程中床沙级配的模拟方法。在该方法中采用了新的描述床沙级配变化的动力学方程和床沙级配在交换层内垂向变化与水流强度、河床冲刷强度的关系,反映了冲刷过程中交换层内向床面补充的物理过程。通过室内实验率定了相关参数,建立了床沙级配变化动力学方程的数值求解方法,模拟了床沙冲刷粗化。计算结果与室内实验结果符合较好,表明所建议的方法反映了河床冲刷中床沙级配变化的物理事实,可用于沙质河床冲刷粗化模拟。     

长江南京河段河床纵向冲刷深度厘定方法剖析

长江属于特大型河流、其河床纵向冲刷深度影响到穿、跨越长江工程的方案设计与施工方法确定，本文通过几个对长江南京河段河床纵向冲刷深度厘定结构的对比分析，剖析了这几种厘定方法的适应性，长江多年非汛期水下地形图测量结果，实际反映的是河道多年冲淤动态趋势，不能代表洪水期大洪水对河床的冲刷作用，这种冲刷深度不能正确反映其河床纵向冲刷深度；汛期实测的纵向冲刷深度，有时包含着深槽与浅滩相互转化过程的假象，不能依此为根据而定，相似性取值（即相似比尺）的影响，各家试验结果有所不同，再者。由于动床河工模型试验周期较长，对于时间紧迫的工程决策，往簇难以采用，而采用工程地质分析法确定河床纵向冲刷深度亦较适宜。     

矮堰基础冲刷研究进展

矮堰基础附近冲刷坑的深度是矮堰设计的重要参数,关系到建筑物的稳定与安全。系统回顾了国内外80余年关于矮堰基础冲刷的研究进展,阐述了矮堰基础冲刷的分类和机理,从物理模型试验、理论分析和数值模拟3个方面评述了研究现状和存在的不足。目前矮堰基础冲刷较为成熟的成果多集中于二维矮堰非淹没式清水冲刷方面,以物理模型试验方法为主,对于三维矮堰结构的动床冲刷、非冲积原状土床沙成分组成的影响、行进沙波与冲刷过程的耦合关系、浑水冲刷过程数值模拟技术等问题研究还有待深入。     

散粒体间接触面单剪试验及数值模拟

完成了两种散粒体间接触面的单剪试验,对试验过程进行了有限元数值模拟,对比了刚塑性、理想弹塑性和Clough-Duncan接触面本构模型对计算结果的影响,并分析了计算模型的破坏过程。计算取得了与试验基本一致的接触面破坏规律。结果表明,用刚塑性模型描述两种散粒体间接触面的本构关系是合理的。     

基岩岛屿地下水数值模拟发展研究现状

基岩岛屿占我国岛屿的90%以上,且岛屿上的淡水资源十分珍贵。目前,岛屿上的供水(船运、雨水收集、海水淡化等)存在成本高、设备易坏等缺点。因此,岛屿的地下水资源无疑是优质、可靠、稳定的供水源。为了更好地开发基岩岛屿地下水资源,认为针对基岩岛屿地下水模拟,从地下水理论、地下水模拟的国内外研究现状和模拟模型等方面进行了综述。总结认为: 基岩岛屿的地下水多以“淡水蘑菇体”的形式储存,有别于沙质岛屿; 模拟模型应概化为横向各项同性的达西流或非达西流,或二者的耦合模型,并归纳了相应的地下水流运动方程; 基岩岛屿地下水模拟模型应分为孔隙型、裂隙型和孔隙-裂隙型3种类型; 在岛屿边界设定上,基岩海岸应设为隔水边界,沙质海岸应设为定水头边界。综述研究认为: 基岩岛屿地下水模拟模型应尽可能精细、完整、精准地刻画基岩岛屿的地质地貌,设置完整的岛屿补径排项; 模拟时,应准确对应基岩岛屿的地下水类型,选准模拟方法与模拟软件; 模型验证工作也是十分重要,需多次与岛屿水量均衡,且与实测水量和水位作对照,不断地修善模型。以上综述成果为我国今后开展基岩岛屿地下水数据模拟提供了理论依据。     

基岩岛屿地下水数值模拟发展研究现状

基岩岛屿占我国岛屿的90%以上,且岛屿上的淡水资源十分珍贵。目前,岛屿上的供水(船运、雨水收集、海水淡化等)存在成本高、设备易坏等缺点。因此,岛屿的地下水资源无疑是优质、可靠、稳定的供水源。为了更好地开发基岩岛屿地下水资源,认为针对基岩岛屿地下水模拟,从地下水理论、地下水模拟的国内外研究现状和模拟模型等方面进行了综述。总结认为: 基岩岛屿的地下水多以“淡水蘑菇体”的形式储存,有别于沙质岛屿; 模拟模型应概化为横向各项同性的达西流或非达西流,或二者的耦合模型,并归纳了相应的地下水流运动方程; 基岩岛屿地下水模拟模型应分为孔隙型、裂隙型和孔隙-裂隙型3种类型; 在岛屿边界设定上,基岩海岸应设为隔水边界,沙质海岸应设为定水头边界。综述研究认为: 基岩岛屿地下水模拟模型应尽可能精细、完整、精准地刻画基岩岛屿的地质地貌,设置完整的岛屿补径排项; 模拟时,应准确对应基岩岛屿的地下水类型,选准模拟方法与模拟软件; 模型验证工作也是十分重要,需多次与岛屿水量均衡,且与实测水量和水位作对照,不断地修善模型。以上综述成果为我国今后开展基岩岛屿地下水数据模拟提供了理论依据。     

基岩裂隙水渗流数值模拟研究综述

裂隙岩体中的渗流规律与传统多孔介质渗流规律存在本质的区别,裂隙岩体渗流具有不均匀性、各向异性和非连续性等特点,如何更好地刻画裂隙水渗流的这种特点是当前裂隙水数值模拟的热点与难点。介绍了裂隙岩体地下水渗流特性,对目前裂隙水渗流模型及其优缺点进行比较、分析,同时对主流数值计算方法和数值模拟软件进行概括介绍。     

Evaluation and modeling scouring and sedimentation around downstream of large dams

Flip buckets are often used at the end of chute spillways to dissipate energy and direct flow to submergence plunge pool and especially in large dams. Flip buckets with central deviation also are a specific and new design of these buckets that have a transverse slope and are mixed in plan with a curvature. In this paper, the experimental and numerical simulation study of sediment scouring in such flip bucket has been targeted. Extensive experimental data are obtained from physical model studies conducted at Water Research Institute, Iran. The flow field with various flood discharges in a range of Froude numbers (Fr?=?\(V/\sqrt {gh}\): 3.5–7.5) in Flow3D model was compared to experimental results obtained from a similar model. Analyzing the simulated models in the Flow3D model and comparing the results with the experimental model, the hydraulic parameters of the pressure, velocity and depth of flow are determined. Considering the accuracy of the numerical model in simulating bed scouring, this model can be used for similar cases in large dams. The results of the simulation model compare well with the experimental results in parameters of the maximum scour depth, profile scouring and the ridge height which accumulates around downstream of the scour hole. This investigation improves the understanding of bed topography effects of downstream dams in high-velocity jet impact based on experimental observations and simulation analysis.     

岭澳核电站二期工程基岩爆破安全阈值分析

核电站基础爆破开挖过程中必须严格控制岩体爆破损伤深度,确保建基面安全。以广东岭澳核电站二期工程基础爆破开挖为例,通过现场爆破振动监测、岩体声波试验以及数值模拟,综合分析了岩体爆炸振动衰减规律和损伤特征,研究了距爆源一定距离处岩体振动速度与损伤特征的关系,提出了岭澳核电站二期工程岩体爆炸损伤深度的控制方法,确定了相应的安全阈值。分析结果表明,岭澳核电站二期工程基础爆破开挖时,当距爆源30 m处的岩体质点振动速度不超过5 cm/s时,可保证下卧基岩的损伤深度小于2 m,确保建基岩完整性。     

The role of uncertainty in bedrock depth and hydraulic properties on the stability of a variably-saturated slope

We investigate the uncertainty in bedrock depth and soil hydraulic parameters on the stability of a variably-saturated slope in Rio de Janeiro, Brazil. We couple Monte Carlo simulation of a three-dimensional flow model with numerical limit analysis to calculate confidence intervals of the safety factor using a 22-day rainfall record. We evaluate the marginal and joint impact of bedrock depth and soil hydraulic uncertainty. The mean safety factor and its 95% confidence interval evolve rapidly in response to the storm events. Explicit recognition of uncertainty in the hydraulic properties and depth to bedrock increases significantly the probability of failure.     

基岩逆断层错动引起的上覆土体变形预测

基岩逆断层错动引起上覆土体变形会导致地表及地下建筑的破坏,相应的变形预测模型仍较为缺乏,相关因素的影响规律尚未掌握。本文通过补余误差方程来表征逆断层错动引起的上覆土体变形,建立可预测不排水条件下上覆土体的变形理论计算模型,并通过离心机实验数据、数值模拟数据加以验证。对比分析结果表明,补余误差方程能表征基岩逆断层错动所引起的地表及地表以下土体变形。参数分析结果表明:基岩错动量的幅值对地表不均匀隆起区域范围的影响并不显著;形状参数的增加会使得地表不均匀隆起区域趋向集中;断层倾角的增加会使得地表不均匀隆起区域向断层上盘一侧偏移。     

灵新煤矿导水裂隙带发育高度数值模拟研究

煤矿的开采利用给国民经济发展带来巨大的收益,但也引发了许多环境地质问题,特别在煤层开采过程中,煤层上覆基岩变形破坏形成的裂隙通道极易发生矿井涌（突）水事故,时刻威胁着井下工人的生命安全。本文以灵新煤矿051505工作面为研究对象,利用Flac3D数值模拟软件,对14号主采煤层上覆基岩导水裂隙带高度进行了模拟研究。模拟结果表明：当煤层开采厚度为2.5 m时,导水裂隙带发育最大高度为59.5 m。同时选取经验公式法对导水裂隙带高度进行了计算。最终通过钻孔实测法得到的结果与前两种方法对比分析,数值模拟结果与钻孔实测结果基本吻合,认为数值模拟方法能够高效、简单、合理达到预测导水裂隙带高度的目的,也为同类矿井安全、绿色生产提供一定的借鉴。     

基岩裂隙水水位沿程变化曲线方程的实验研究

本文根据室内模拟实验，研究了不同条件下隙宽小于3mm单一裂隙基岩水水位沿程变化曲线，验证了孙峰根等人建立的单一裂隙基岩水水位沿程变化的曲线方程。结论对基岩水运动理论的研究具有重要的参考价值。     

布达拉宫西印经院地基应力特征与结构变形分析

世界各国在文物建筑保护领域形成共识的技术标准非常有限,而岩土工程研究与文物建筑保护研究的融合是目前斜坡岩体古建筑保护研究的一个发展方向。在世界文化遗产布达拉宫西印经院保护研究的过程中,采用岩土工程和结构工程技术手段,对红山岩体及结构主体进行调研和勘察,揭示了影响该文物建筑结构稳定的三个因素,即斜坡岩体地基非均质性、建筑物刚度具有较大差异性和结构荷载分布的不均匀性。进一步分析了地基中的应力分布特征,模拟研究了三个因素综合影响下的地基沉降及结构变形力学机制,为斜坡岩体古建筑的保护提供依据。