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滑坡碎屑流冲击拦挡结构的离散元模拟 被引量:12
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作者 张睿骁 樊晓一 姜元俊 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2019年第1期148-155,共8页
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... 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。 展开更多
关键词 滑坡 碎屑流 拦挡结构 冲击力 最大水平运动距离
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不同拦挡结构对滑坡-碎屑流冲击和堆积特征的影响 被引量:8
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作者 张睿骁 樊晓一 +1 位作者 姜元俊 李天话 《自然灾害学报》 CSCD 北大核心 2019年第4期52-61,共10页
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... 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。 展开更多
关键词 碎屑流 拦挡结构 冲击 堆积特性
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基于流形元模型的高速远程滑坡碎屑流运动规律与拦挡结构减灾效果研究 被引量:7
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作者 郜颖超 位伟 姜清辉 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期40-48,共9页
高速远程滑坡碎屑流具有极高的动能和超远移动距离,是一种危害范围广、破坏力极大的地质灾害。为完善高速远程滑坡减灾体系,研究碎屑流拦挡结构的减灾作用,采用数值流形方法对牛圈沟强震诱发滑坡所形成的高速碎屑流运动过程进行模拟,分... 高速远程滑坡碎屑流具有极高的动能和超远移动距离,是一种危害范围广、破坏力极大的地质灾害。为完善高速远程滑坡减灾体系,研究碎屑流拦挡结构的减灾作用,采用数值流形方法对牛圈沟强震诱发滑坡所形成的高速碎屑流运动过程进行模拟,分析其堆积状态及运动特性。通过数值试验研究了碎屑流运动路径上植被覆盖、拦挡墙高度、位置及布置方式对高速远程滑坡碎屑流堆积状态的影响,并对拦挡墙的减灾作用进行评价。模拟结果表明:尽管在碎屑流运动路径上增加植被覆盖可降低碎屑流运动距离,为达到更好的拦截碎屑流的效果,仍需在运动路径上布置拦挡墙,以有效降低碎屑流的沿程位移及远程堆积量;当拦挡墙布置于不同位置时,对滑坡碎屑流有不同的截流阻滑作用,并确定了拦挡墙的最优位置;相对于增加拦挡墙高度,设置多排拦挡墙可更加有效地拦截碎屑流,以减少对下游的危害。 展开更多
关键词 高速远程滑坡 拦挡结构 数值流形方法
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泥石流块石冲击作用下钢网格结构动力响应 被引量:6
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作者 王秀丽 邓莹 《兰州理工大学学报》 CAS 北大核心 2016年第6期121-128,共8页
针对水土流失十分严重,极易发生沙砾型泥石流的沟道,根据泥石流作用下拦挡结构的承载力和水石分离的技术需要,提出受力合理的新型空间网格拦挡体系;结合实际工程的具体尺寸建立计算模型,运用显示动力学软件LS-DYNA进行数值模拟;考虑冲... 针对水土流失十分严重,极易发生沙砾型泥石流的沟道,根据泥石流作用下拦挡结构的承载力和水石分离的技术需要,提出受力合理的新型空间网格拦挡体系;结合实际工程的具体尺寸建立计算模型,运用显示动力学软件LS-DYNA进行数值模拟;考虑冲击物作用在结构不同位置时的动力响应,探讨该结构的动力特征.结果表明,此种类型的体系可以满足结构抗冲击的要求,满足实现水石分离的需要,并符合有效地拦挡泥石流块石的要求;结构的动力性能与静力性能差别较大,设计时应充分考虑结构的动力效应;在同一速度冲击物撞击结构不同位置时,动力响应差别较大,设计时应充分考虑结构的动力效应;结构的动力响应还受到坡度的影响.考虑到泥石流作用的随机性,计算了多冲击物作用于结构不同位置时结构的动力响应. 展开更多
关键词 钢网格拦挡结构 动力响应 块石冲击 泥石流
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泥石流作用下新型楔挡分流结构的流-固耦合动力分析 被引量:5
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作者 王秀丽 韩飞 《自然灾害学报》 CSCD 北大核心 2014年第2期61-66,共6页
我国西部地区泥石流活动频繁,对建筑物的破坏以及人们生活带来了极大的影响。有效模拟泥石流冲击作用下结构的响应,可为研究建筑物抵抗泥石流冲击奠定基础。基于流-固耦合的基本理论,运用工程数值模拟软件ANSYS Workbench对设计的新型... 我国西部地区泥石流活动频繁,对建筑物的破坏以及人们生活带来了极大的影响。有效模拟泥石流冲击作用下结构的响应,可为研究建筑物抵抗泥石流冲击奠定基础。基于流-固耦合的基本理论,运用工程数值模拟软件ANSYS Workbench对设计的新型楔挡分流结构在泥石流冲击作用下的动力响应进行了数值模拟,并利用流体分析软件CFX对黏性泥石流流场进行了模拟,得到了泥石流速度场及压力场的大小及分布。研究表明:楔挡分流结构的楔挡角度越大,结构所受应力就越大,容易破坏。综合流速和角度的关系,得到60°的楔挡分流结构综合拦挡分流效果最佳,该结果可供泥石流拦挡工程的设计参考。 展开更多
关键词 泥石流 新型拦挡结构 流-固耦合 CFX
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基于离心试验与离散元模拟的滑坡碎屑流冲击效应研究 被引量:1
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作者 张贝 黄雨 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1498-1508,1515,共12页
滑坡碎屑流物质组成的复杂性造成其对工程结构的冲击效应尚未被完全理解,特别是粒径大小与级配特征如何影响冲击力及其组成,以及拦挡结构设计中如何考虑粒径特征的影响,当前仍缺乏深入的研究。针对这些问题,开展了一系列离心试验与离散... 滑坡碎屑流物质组成的复杂性造成其对工程结构的冲击效应尚未被完全理解,特别是粒径大小与级配特征如何影响冲击力及其组成,以及拦挡结构设计中如何考虑粒径特征的影响,当前仍缺乏深入的研究。针对这些问题,开展了一系列离心试验与离散元模拟分析,研究结果表明滑坡碎屑流的颗粒粒径控制着冲击力的波动行为,即随着粒径的增大,总冲击力的峰值越来越明显,且伴随着显著的离散冲击力值。小粒径颗粒对大粒径颗粒存在明显缓冲效应,且小颗粒在冲击过程中更容易进入大颗粒的孔隙,进而贡献作用力,因此粒径和级配特征同时控制着冲击力的绝对值。不同粒径特征控制着颗粒尺度上动量传递机制,进而改变了滑坡碎屑流的冲击效应,由此造成冲击动压力系数α随着Savage数的增大基本上呈现出递增的关系,因此建议采用Froude数与Savage数作为双控指标,辅助确定冲击动压力系数α。此外,通过分析冲击力合力作用位置,发现工程设计中可按总冲击力峰值及矩形分布荷载进行考虑。 展开更多
关键词 滑坡碎屑流 冲击效应 拦挡结构 离心模拟 离散元模拟
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滑坡碎屑流冲击刚性挡墙动力响应的数值模拟分析
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作者 严彬彬 高歌 +1 位作者 刘新颖 邢爱国 《水利水电技术(中英文)》 北大核心 2024年第10期176-185,共10页
【目的】刚性拦挡结构是一种被用于减弱滑坡碎屑流致灾强度的工程措施。为研究碎屑流运动路径的坡度与碎屑流体积对于碎屑流冲击刚性拦挡结构的动响应的影响,【方法】利用Fish语言开发不同形状的块体簇颗粒,并基于室内滑槽试验结果,开... 【目的】刚性拦挡结构是一种被用于减弱滑坡碎屑流致灾强度的工程措施。为研究碎屑流运动路径的坡度与碎屑流体积对于碎屑流冲击刚性拦挡结构的动响应的影响,【方法】利用Fish语言开发不同形状的块体簇颗粒,并基于室内滑槽试验结果,开展三维离散元数值模拟研究(PFC^(3D)),探究滑坡冲击动力特性、冲击力、堆积形态与能量演变过程。【结果】能量演化过程和冲击力时程曲线结果显示:在整个滑坡过程中,摩擦耗能占总能量消耗的约80%;对于坡度为35°、40°、45°(H=15 cm)的碎屑流,峰值冲击力与残余堆积力的比值随着坡度的增大而不断增大(1.064,1.380,1.538)。【结论】模拟结果表明:块体(clump)簇颗粒能够较好地被用于模拟颗粒的形状作用,为碎屑流冲击动力学的离散元模拟提供一定的参考;摩擦耗能是碎屑流发生时主要的能量耗散形式;坡度的增大会加快滑坡滑动进程,增大峰值动能,形成更大的峰值冲击力与残余堆积力;碎屑流体积的增大会增加坡度对于碎屑流运动能力的影响,使得堆积体在坡体与拦挡结构上的长度显著增加。 展开更多
关键词 滑坡 碎屑流 拦挡结构 离散单元法 数值模拟 冲击动力学
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