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题名多层砂土渗透破坏过程试验分析
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作者
樊赟赟
吴秀杰
张放
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机构
东北大学资源与土木工程学院
兰州有色冶金设计研究院有限公司沈阳分公司
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出处
《沈阳工业大学学报》
北大核心
2025年第3期389-397,共9页
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基金
中央高校基本科研业务费项目(N2201021)
辽宁省重点研发项目(2019JH2-10100035)。
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文摘
【目的】渗透破坏严重威胁工程安全,研究多层砂土渗透破坏过程对于灾害预测与优化防治工程具有重要的现实意义。由于目前对多层砂土渗透破坏过程的研究仍不够深入,拟采用试验方法对多层砂土渗透破坏过程开展研究,旨在得到砂土层排布顺序对渗透破坏形成条件、破坏形式及水砂运移过程的影响规律,并进一步分析多层砂土渗透破坏的形成机理以及水砂两相的运移特征。【方法】采用自主研发的水砂两相高速渗流试验设备对多层砂土渗透破坏过程进行室内试验研究,并提出了水砂分离的渗透破坏试验方法。通过对不同砂层排列下的试样进行渗透破坏试验,测定了多层砂土渗透破坏的发生条件和破坏形式,并在水砂两相流过程中揭示水砂运移特征。【结果】多层砂土的砂层分布会对渗透破坏的形式和条件产生影响。粒径较小的砂层承受较大的局部水力梯度,当其与下游砂层粒径差别较大时,临界水力梯度较小。当各砂层按粒径由细到粗顺序排列时,试样具有反滤特性,此时临界水力梯度较大。多层砂土的砂层分布会对渗透破坏的水砂运移流量产生影响。缺乏下游砂层保护的细砂层可能会发生流土破坏,在渗流发展过程中迅速形成较大的涌砂量。在细砂层下游设有保护砂层时,涌砂量则会明显减少。多层砂土的砂层分布会对水砂运移流量过程产生影响。在多层砂土管涌过程中,砂土结构逐渐被破坏,流量随之增加。水砂流量过程曲线因砂层的压缩和膨胀交替而呈现规律性的波动变化。【结论】在合理反滤设置下的多层砂土能承受较大水力梯度。细砂层相比其他砂层承担更大的水力梯度,在缺乏下游砂层保护时易发生流土破坏,在下游保护砂层粒径较大时易发生管涌破坏。流土发生时会迅速产生较大的涌砂量,管涌发生时水砂两相流过程呈现规律性波动变化,所得到的渗透破坏临界条件及水砂运移过程数据可作为进一步试验研究及数值模拟正确性验证的参考。
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关键词
多层砂土
渗透破坏
水砂两相流
水力梯度
流土破坏
管涌破坏
水砂运移特征
涌砂量
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Keywords
multi-layer sand
seepage failure
water-sand two-phase flow
hydraulic gradient
soil flow failure
piping failure
water-sand transport characteristic
amount of sand inrush
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分类号
TU411.4
[建筑科学—岩土工程]
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题名基于LBM-DEM耦合方法的突水溃砂运移规律研究
被引量：10
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作者
浦海
郭世儒
刘德俊
许军策
王健
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机构
中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室
新疆工程学院采矿工程与地质学院
中国矿业大学力学与土木工程学院
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出处
《煤炭科学技术》
CAS
CSCD
北大核心
2021年第2期206-216,共11页
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基金
国家自然科学基金资助项目(51974296,U1803118)
国家自然科学基金重点资助项目(41931284)。
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文摘
我国西部矿区因其特殊的地质赋存条件及高强度开采方式易诱发突水溃砂灾害,迫切需要对灾害机理进行研究。为了解突水溃砂下水砂运移规律及致灾的关键原因,借助LBM-DEM耦合模拟方法对单裂隙开口通道模型中水砂两相运移问题进行了初步探究,通过对比截面流量及溃砂速率变化情况,分析了其受不同边界压力、裂隙开口宽度及砂层厚度的影响,基于Bulsara式拟合了不同边界压力时最大单位质量流量数值计算结果。研究结果表明:随边界压力增加,截面流量及最大溃砂速率单调增加,高压力下砂粒更容易在裂隙开口处堆积形成临时性密实结构阻碍水砂运移,截面流量及最大溃砂速率增幅逐渐降低,在Bulsara式基础上给出的修正式能较好的拟合最大单位质量流量曲线;随开口宽度增加,截面流量、最大溃砂速率和砂粒在开口处形成的密实结构体积均单调增加,但增幅逐渐降低,发现灾害的关键影响因素之一为砂粒密实结构体积;随砂层厚度增加,砂粒密实结构持续时间增长造成阻碍效果逐渐增加,截面流量及最大溃砂速率逐渐减小且降幅逐渐降低,灾害发生点由初始水驱动砂快速流出裂隙孔口阶段转变为砂粒密实结构失稳造成砂粒倾泻阶段。
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关键词
突水溃砂
LBM-DEM方法
水砂运移
液固耦合
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Keywords
water and sand inrush
LBM-DEM method
law of water and sediment transport
liquid-solid coupling
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分类号
TD745
[矿业工程—矿井通风与安全]
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