松散土体内部细颗粒运移微观机制研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 殷延洲 |
| 答辩日期 | 2019-07-01 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 成都 |
| 导师 | 崔鹏 |
| 关键词 | 松散土 细颗粒运移 离散元 流固耦合 CT技术 |
| 学位专业 | 岩土工程 |
| 其他题名 | Microscopic Mechanism of Fine Particle Migration in Loose Soil |
| 英文摘要 | 松散土是滑坡、泥石流等自然灾害主要物质组成之一，是一类级配宽、结构松散且易于被破坏的土体。在长期降雨过程中，土体内部细颗粒在渗流力作用下沿孔隙通道运移，当遇到直径较小孔隙时形成局部堵塞，引起孔隙水压升高，形成以压力作用为主导的土体破坏类型，若细颗粒大量流失则造成土体结构更加松散，抗剪强度降低而易于被破坏。目前虽已有关于细颗粒运移的大量研究，但受研究条件的制约，少有从微观尺度分析细颗粒运移机制。本研究利用离散元在解决土颗粒相关问题中的优势，结合Darcy流体物质守恒方程，进一步改进并建立离散元与Darcy流耦合方式，使其更适用于研究土体内部细颗粒运移问题，并通过与已有土体内部侵蚀解析物理模型进行比较，以验证数值方法可靠性。同时，为获得真实土样下细颗粒侵蚀特征，采用先进高能CT技术对不同时段渗流结束后的样品进行扫描，与数值模拟及已有坡体降雨实验结果的对比以表明实验方法的有效性。本文取得以下主要成果：1、提出细颗粒运移研究的物理简化方法与模型，通过颗粒流离散元构建土体模型和三维Darcy渗流方程计算流体对颗粒作用力，将物理模型进一步简化为流固耦合数值模型并进行求解，同土体内部侵蚀模型计算结果比较以验证离散元与Darcy流方程耦合是计算模拟土体内部细颗粒运移的有效方式。2、基于离散元与Darcy流方程耦合模型计算不同粗细颗粒粒径之比和水力梯度下细颗粒运移过程，发现沿渗流方向不同高度位置处的孔隙率变化可分为四个阶段：快速增长波动阶段、缓慢增长阶段、再次快速增长阶段和稳定阶段。且水力梯度和粗颗粒粒径值越高细颗粒出流速度越快，最终流失颗粒数量也越高。提出基于颗粒速度判别侵蚀通道的方法，获得粗颗粒粒径对此侵蚀通道尺寸的影响。3、利用历经流体侵蚀的土样CT扫描结果分析微观尺度上细颗粒的侵蚀特征，同时将CT扫描、数值模拟和已有坡体降雨实验结果进行对比分析，发现无论是微观还是宏观尺度，土体内部总存在顶部粗化和孔隙堵塞现象。同时，发现临时性堵塞中，细颗粒的数量增加相对于局部区域内颗粒平均动能的增加存在滞后效应，提出利用细颗粒动能随时间变化判断孔隙长期堵塞和临时堵塞。综上所述，CT扫描能够直接获取土体内部侵蚀下颗粒分布特征，而数值模拟方法能够在时间尺度上进一步阐释细颗粒运移速度、颗粒间相互作用机制等问题，两种研究方法可互为补充，互为验证。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 69 |
| 源URL | [http://ir.imde.ac.cn/handle/131551/33945]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_山地灾害与地表过程重点实验室 |
| 作者单位 | 中国科学院成都山地灾害与环境研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 殷延洲. 松散土体内部细颗粒运移微观机制研究[D]. 成都. 中国科学院大学. 2019. |
入库方式： OAI收割
来源：成都山地灾害与环境研究所
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