碎屑流运动模拟及能量过程研究

针对碎屑流的运动发展及不同条件下的能量衰减过程问题,采用有限体积数值离散方法对碎屑流运动过程进行模拟,数值模拟通过了解析算例和实验算例的验证.计算表明数值计算具有较高的精度和分辨率,是稳定和有效的.在碎屑流运动模拟的基础上,对碎屑流运动的能量过程进行了计算和分析.结果表明碎屑流的能量过程主要由底面阻力条件控制,而地形曲率的向心作用将通过改变碎屑流的摩擦阻力显著地影响碎屑流的能量耗散过程.     

基于离散元法的碎屑流运动堆积过程数值模拟

为给滑坡-碎屑流灾害的防治提供一定的理论依据,基于某真实复杂地形的三维空间分布形态,建立碎屑流三维离散元模型,定量分析该碎屑流的运动和堆积特性。结果表明:受不规则地形起伏的影响,碎屑流的运动形式以滚动为主,并伴随着跳动和平面滑动;该碎屑流物源有80%的碎屑颗粒堆积在坡脚,剩余20%的颗粒物残留在峡谷坡度较缓的部位,残留的岩屑是发生泥石流灾害的物源;碎屑流运动速度最大的时刻与颗粒接触量峰值相对应。离散元模拟结果与Scheidegger公式计算结果十分接近,验证了所构建的碎屑流模型及计算结果的合理性。     

雷波县白沙村滑坡-碎屑流粒度分布特征与运动过程关系

2017年7月1日,四川省雷波县白沙村发生滑坡-碎屑流灾害,为了揭示滑坡-碎屑流过程中粒度特征的变化情况,在野外调查和无人机航摄数据分析的基础上,通过碎屑流粒度特征的统计分析试验,结合谢德格尔公式对碎屑流运动速度的估算,研究了碎屑流粒度特征与运动过程的关系,结果表明：（1）碎屑流堆积体表层碎石的等效粒径为4~6cm,碎屑流中的巨石等效粒径主要在0.5~1m之间;（2）通过统计堆积体表层碎石粒径的变化情况可反映出碎屑流动能的变化,运移速度增加,碎石粒径越大,携带巨石能力越强,运移速度降低,碎石粒径减小,巨石越容易停积;（3）雷波县白沙村滑坡属于超高速滑坡,地形制约和挡土墙的阻挡是造成该滑坡-碎屑流移动性较低的原因。     

水流运动物质点法数值仿真

在水流体运动问题的三维数值模拟中,结合拉格朗日法和欧拉法的物质点法具有计算精度和计算效率比较高的优势,本文应用物质点法和显示积分算法对水柱在固壁面上自由塌落、箱体内水流溃坝和水流绕过障碍流动的过程进行三维数值仿真,从数值仿真结果看,与实际水流的运动过程较为符合,表明物质点法在模拟水流体运动问题同样是一种有效的仿真方法。     

汶川地震触发牛圈沟高速远程滑坡-碎屑流动力学特性分析

鉴于牛圈沟滑坡为地震触发的典型滑动-碎屑流型滑坡，采用滑坡动力学分析(Dynamic analysis)软件DAN W对牛圈沟滑坡全程动力学特征进行分析，使用试错法对比分析摩擦准则与Voellmy准则两种不同流变关系的模拟效果.结果表明：摩擦准则应用于滑体的初始运动阶段，Voellmy准则应用于滑坡后期碎屑流阶段时模拟效果最佳；并给出最佳的流变参数，得到滑坡堆积体的体积和形态变化，滑坡运动速度及变化规律.     

尼续村高速远程滑坡碎屑流运动特征数值研究

为探究高速远程滑坡碎屑流运动特征及机理,以西藏拉萨市尼续村高速远程滑坡碎屑流为例,通过野外调查揭示滑坡碎屑流运动演化特征,利用二维拉格朗日模型重现碎屑流动态运动过程,考虑在frictional (F)、Voellmy (V)和frictional-Voellmy (F-V)3种流变模型控制下的全过程运动规律.结果 表明...     

基于运动力学的头部碰撞问题物质点法模拟研究

为了探究人体头部碰撞动态响应问题,基于运动生物力学,采用新近兴起的物质点法,构建三种不同类型的模型,运用铅柱撞击头部的形式为人体头部施加冲击力,探究不同边界条件以及人体头部肌肉对于动态响应的影响。研究发现:头部肌肉可以扩大头部的受力面积,减小单位面积的受力强度,通过肌肉本身的应变有效地缓释冲击力,降低冲击力对于头部的直接伤害;但是,肩部的运动对于头部的影响较小,肩部对于头部主要起固定作用,并无法缓释冲击力。     

泥浆影响下粗颗粒坡面运移数值模拟与分析

在实验测定泥浆力学参数基础上,利用PFC3D离散单元法,模拟粘性碎屑坡面运动全过程,跟踪记录代表不同部位特定颗粒空间运移轨迹、运动速率变化过程。初步分析不同位置颗粒空间运移轨迹的差异及其对运动速率的影响。结果表明,PFC3D离散单元法能很好再现粘性碎屑流坡面启动、运移和堆积全过程;颗粒碰撞使其沿坡面横向扩展,增大其致灾范围;前端颗粒运动加速时间早,受周围颗粒影响小,具有较高的运动速率和冲击动能。为粘性碎屑流坡面运移过程分析提供新途径,为此类灾害防治提供参考。     

非饱和流固耦合物质点方法(CMPM)的原理及应用

基于连续介质力学的质量及动量守恒原理,考虑了固-液两相材料的水力耦合相互作用,推导并提出了基于速度场（v-w formulation）的耦合物质点方法（CMPM）,可考虑水力耦合作用下,饱和/非饱和结构的大变形力学行为.同时,详细描述了耦合物质点方法的公式推导、矩阵离散过程以及数值实现步骤.随后,通过对比一维太沙基饱和...     

PBX9501炸药冲击响应的物质点法模拟

采用Uintah计算程序中的物质点方法对PBX9501炸药的冲击响应进行了细观数值模拟.基于PBX9501的细观显微图像建立了相应的二维计算模型,并通过以固定速度运动的活塞对炸药进行冲击加载.模拟结果表明,冲击加载下在炸药颗粒边界出现较大的塑性应变,随后,塑性应变能转化为热能,导致颗粒边界区域温度急剧升高形成热点.文中还研究了冲击波强度对炸药冲击响应的影响,发现随着冲击波强度的增加塑性应变和温升分布并未发生明显改变,但是塑性应变和温升的值都大幅增加.也就是说,冲击波强度越大,导致的热点温度越高.     

地震滑坡运动过程的离散元模拟分析

地震滑坡灾害具有范围广、滑动速度快和突发性强等特点,往往造成重大的财产损失和人员伤亡。我国西南地区位于地震重灾区,地质灾害频发。文章以处于龙门山断裂带的某地震滑坡为例,利用PFC颗粒流程序模拟地震滑坡的运动过程,对滑坡体在滑动前后的位置和滑坡体的运动范围进行分析,得出滑坡体的岩性对滑坡的运动范围和运动方式影响很大,且滑坡体中的颗粒在滑动中是自由运动。     

考虑滑面材质的碎屑流试验堆积特征分析

为分析高速远程滑坡运动与堆积特征,在室内设置物理试验模型,设计级配、坡角、碎屑流质量、滑面材质4种因素,分析各因素对碎屑流堆积特征的影响。研究结果表明：坡角减小、滑面更粗糙使部分颗粒堆积或滞留于坡面,颗粒堆积特征与颗粒完全堆积于坡底时相比存在差异;滑面材质与冲程等堆积特征基本呈负相关,坡角与堆积特征基本呈正相关,二者对堆积特征影响最大;碎屑流质量与堆积特征基本呈负相关,对颗粒堆积特征分布影响较小;级配与颗粒堆积特征无明显相关性。     

有限体积法在土壤水分运动数值模拟中的应用

应用有限体积法，以土壤水动力学原理为基础，对以含水率（θ）为因变量的一维非饱和土壤水分运动数学模型进行离散化，得到了该模型的有限体积法数值模型。所得到的数值模型形式简单，计算精度高，符合实际工作的要求，为进行田间非饱和土壤水分运动的数值模拟奠定了基础。     

有限体积法在土壤水分运动数值模拟中的应用

应用有限体积法，以土壤水动力学原理为基础，对以含水率（θ）为因变量的一维非饱和土壤水分运动数学模型进行离散化，得到了该模型的有限体积法数值模型。所得到的数值模型形式简单，计算精度高，符合实际工作的要求，为进行田间非饱和土壤水分运动的数值模拟奠定了基础。     

基于DAN-W模型的舟曲泄流坡滑坡运动特性模拟研究

以舟曲泄流坡滑坡野外考察地质资料为基础,结合滑坡动力分析软件DAN-W对泄流坡滑坡全程运动进行模拟,着重探讨了铲刮效应以及不同流变模型对滑坡数值模拟的影响.结果表明:不同铲刮深度下,滑坡堆积体形态相似,堆积厚度随铲刮深度的加深而加大,运行时间随铲刮深度的加深而减少.F-V模型对泄流坡模拟的滑程最大可达255.75 m,Frictional模型模拟得到的最大堆积厚度为201.73 m,最大前缘速度为17.75 m/s,最长运行时间为64 s,并给出了泄流坡滑坡模拟最佳的流变参数,摩擦角为18?,摩擦系数为0.1,湍流系数为1 000 m/s2.     

库岸滑坡在蓄水过程中稳定性变化规律的数值模拟研究

地下水是影响库岸滑坡稳定性的重要因素,利用数值方法模拟了库岸滑坡孔隙水分布随水库蓄水高度和时间的变化规律,计算对应地下水分布条件下的滑坡稳定系数,得出了滑坡在水库不同蓄水工况下的稳定性变化规律.研究结果表明,案例滑坡在水库以稳定水位蓄水时,稳定系数随水位上升先减小后增大;在水库水位激增时,稳定系数随时间先增大后减小;在水库水位骤降时,稳定系数先减小后增大.此滑坡安全系数在各工况下均大于标准要求大小,总体处于稳定状态.     

降雨型滑坡现场模拟试验研究

通过现场模拟人工降雨条件下诱发滑坡,在整个过程中,对坡面裂隙、土体深部位移、孔隙水压力、地表径流等进行实时监测,探求在降雨情况下的滑坡成灾特征及机理.试验得出了土体抗剪强度指标、滑动面形态特征等物理力学参数.降雨使土体吸水饱和,渗透性降低,抗剪强度降低,进而产生边坡失稳.通过数值模拟,得到降雨入渗过程中边坡稳定性、应力场和位移场的变化趋势.流一固耦合情况下边坡稳定系数比非耦合时降低5%,说明动水力对降雨型滑坡具有影响作用.     

基于物质点法多层钢结构复合建筑研究

针对实际建筑工程,提出多层钢结构模块-钢结构复合框架建筑结构体系,并利用MATHEMATICA软件进行了模型构建。采用三维物质点法分析计算表明,传统钢结构的设计方法可以完美移植到SSMSSF建筑结构体系设计中,由此而得到的应力、位移等指标均满足规范要求。     

金沙江白格滑坡运动过程分析及潜在不稳定岩体预测

2018年10月11日和11月3日于西藏江达县波罗乡白格村与四川省白玉县绒盖乡则巴村交界处,金沙江右岸先后发生两次滑坡,堵塞金沙江形成堰塞湖,经人工干预险情解除未造成严重损失。采用Voellmy流变模型,基于PCRaster环境使用MassMov2D模拟了两次滑坡的运动和堆积过程,并使用第二次滑坡的反演结果对白格滑坡滑源区的三处潜在不稳定岩体做了预测分析。模拟结果表明:MassMov2D可以用于金沙江白格滑坡这种滑坡-碎屑流的模拟,两次滑坡的主要堆积区域和堆积厚度均于实际情况接近;利用第二次滑坡模拟反演参数预测三处潜在不稳定岩体,假设三处不稳定岩土体同时失稳滑动,会形成64 m高的堰塞坝,可能再次堵塞金沙江形成堰塞湖。     

悬移质泥沙运动过程模拟分析

为了实现悬移质泥沙运动过程的模拟分析,应用联合k-ε紊流方程和悬沙输运方程的单流体模型,采用有限体积数值方法对其离散求解,分别对净冲刷和净淤积试验算例进行了计算模拟,计算结果与试验结果吻合良好,说明该模型是正确有效的,可以用来模拟悬移质泥沙的运动问题.分别对两个试验中泥沙上扬和沉降的运动过程进行数值模拟,结果表明:净冲刷和净淤积试验中泥沙开始上扬和沉降直至稳定状态分别运行24 s和35 s.采用单流体模型可以有效地对悬移质泥沙运动过程进行数值模拟,为河流海岸工程中的水沙研究提供可靠的参考和依据.