【摘要】：巖土類材料的抗沖蝕特性是在眾多水利及土木工程,如橋墩基礎(chǔ)局部沖蝕、河道開挖、崩岸及土石壩潰壩等問(wèn)題中廣泛涉及的研究課題。目前的研究對(duì)象主要為無(wú)粘性砂土和黏性細(xì)顆粒泥沙,對(duì)于黏性土,尤其重塑固結(jié)狀態(tài)的黏性土及摻砂礫混合體的抗沖蝕特性研究還尚不成熟。本文基于細(xì)觀力學(xué),通過(guò)對(duì)水流作用下巖土類材料的受力及運(yùn)動(dòng)特征的分析,推導(dǎo)了均勻無(wú)粘性砂土、黏性土的起動(dòng)應(yīng)力表達(dá)式和黏性土-砂礫混合體的起動(dòng)應(yīng)力模型。根據(jù)黏性土沖蝕破壞特點(diǎn),定義了黏性土微團(tuán)破壞所需時(shí)間,并通過(guò)量綱分析的方法得到了黏性土沖蝕破壞松動(dòng)斷裂時(shí)間的表達(dá)式,結(jié)合床面應(yīng)力分布特點(diǎn)與沖蝕速率基本定義,得到了統(tǒng)一的土體沖蝕速率公式。應(yīng)用沖蝕函數(shù)測(cè)定儀開展了兩種重塑黏土及其砂礫含量分別為20%、40%、60%條件下的沖蝕試驗(yàn)。為保證試驗(yàn)過(guò)程中土體的物理力學(xué)特性相對(duì)穩(wěn)定,采用了飽和固結(jié)的方式對(duì)兩種黏性土及不同砂礫含量和粒徑下的黏性土-砂混合體試樣進(jìn)行了重塑土的制備,得到了20組不同物理力學(xué)特性的土樣。將試驗(yàn)結(jié)果與本文提出的沖蝕速率模型進(jìn)行了對(duì)比,結(jié)果表明本文模型預(yù)測(cè)結(jié)果與不同試樣在試驗(yàn)中得到?jīng)_蝕速率-切應(yīng)力曲線的趨勢(shì)相一致,且吻合程度較高。通過(guò)回歸分析得到了不同土樣起動(dòng)應(yīng)力和沖蝕系數(shù)的關(guān)系,分析了起動(dòng)應(yīng)力、沖蝕系數(shù)的影響因素,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果提出了黏性土-砂礫混合體的起動(dòng)應(yīng)力表達(dá)式。應(yīng)用唐家山堰塞壩漫頂潰壩資料以及小模型無(wú)粘性均質(zhì)砂土壩潰壩試驗(yàn)結(jié)果,通過(guò)將IWHR DB潰壩模型與本文沖蝕速率公式相結(jié)合,分析了本文沖蝕速率模型在潰壩程序中的適用性。結(jié)果表明,所提出的沖蝕速率公式可對(duì)唐家山堰塞壩的潰壩過(guò)程和小模型試驗(yàn)潰壩過(guò)程進(jìn)行較為良好的預(yù)測(cè),從而驗(yàn)證了本文沖蝕速率公式在潰壩計(jì)算中具有良好的兼容性。沖蝕速率模型參數(shù)的敏感性分析結(jié)果表明,本文模型參數(shù)在較大范圍的變化下依舊可在IWHR DB模型中完成計(jì)算,且計(jì)算結(jié)果對(duì)參數(shù)的敏感性較低,可在實(shí)際工程的計(jì)算中使用。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU442

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本文編號(hào)：2708045