泥石流是一種極度危險(xiǎn)的自然災(zāi)害,給人類的生命安全和基礎(chǔ)設(shè)施帶來(lái)巨大危害。在當(dāng)前的防災(zāi)工程中,防護(hù)結(jié)構(gòu)常被用于攔截泥石流。然而,由于泥石流與防護(hù)系統(tǒng)作用的復(fù)雜性,國(guó)內(nèi)外依舊對(duì)其背后機(jī)理缺乏認(rèn)識(shí)。前人的研究通常是把泥石流簡(jiǎn)化為顆粒流或等效流體來(lái)模擬與防護(hù)結(jié)構(gòu)的作用,卻忽略了固液耦合效應(yīng)。為揭示固液作用對(duì)泥石流宏觀運(yùn)動(dòng)特性的影響,本文采用耦合的CFD-DEM數(shù)值方法分析和小型水槽裝置物理模擬,針對(duì)影響泥石流與防護(hù)結(jié)構(gòu)作用機(jī)制和固液耦合作用的幾個(gè)因素進(jìn)行展開研究,得出以下結(jié)論:(1)耦合的CFD-DEM方法研究了固體體積分?jǐn)?shù)對(duì)泥石流與防護(hù)結(jié)構(gòu)作用的影響。固體體積分?jǐn)?shù)從0變化到0.5,涵蓋了純水流到泥石流的范圍,也反映出不同的固-液相互作用程度。通過(guò)CFD-DEM模型的細(xì)觀分析發(fā)現(xiàn),顆粒與流體的相互作用對(duì)增加顆粒的動(dòng)能起著兩種作用:(a)對(duì)顆粒施加拖曳力,促進(jìn)運(yùn)動(dòng);(b)通過(guò)對(duì)顆粒施加浮力來(lái)弱化顆粒間的接觸力,從而減少因剪切而產(chǎn)生的能量耗散。因此,與同一 Froude數(shù)和固體體積分?jǐn)?shù)的干顆粒流相比,兩相流的爬升高度和沖擊荷載均較大。當(dāng)沖擊防護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí),兩相流(以爬升機(jī)制為主)的大部分能量主要由于流...

【文章頁(yè)數(shù)】：93 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 泥石流的分類
        1.2.2 泥石流對(duì)結(jié)構(gòu)物的破壞方式
        1.2.3 泥石流運(yùn)動(dòng)、沖擊特性模擬
        1.2.4 泥石流沖擊荷載計(jì)算模型
    1.3 泥石流與防護(hù)結(jié)構(gòu)作用機(jī)制
        1.3.1 泥石流的沖擊機(jī)制
        1.3.2 泥石流的溢流機(jī)制
        1.3.3 泥石流的著陸機(jī)制
    1.4 本文的研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)
        1.4.1 研究?jī)?nèi)容
        1.4.2 研究創(chuàng)新點(diǎn)
2 CFD-DEM數(shù)值模擬方法
    2.1 顆粒和流體控制方程
    2.2 顆粒和流體的相互作用力
    2.3 CFD-DEM求解過(guò)程
    2.4 CFD-DEM數(shù)值模型驗(yàn)證
        2.4.1 干顆粒流沖擊防護(hù)結(jié)構(gòu)
        2.4.2 純水流沖擊防護(hù)結(jié)構(gòu)受荷理論解驗(yàn)證
        2.4.3 顆粒沉降問(wèn)題研究
        2.4.4 顆粒自由落體運(yùn)動(dòng)
3 CFD-DEM模擬泥石流沖擊防護(hù)結(jié)構(gòu)
    3.1 引言
    3.2 模擬計(jì)劃
    3.3 CFDEM數(shù)值模型及參數(shù)確定
    3.4 計(jì)算結(jié)果
        3.4.1 單相流和兩相流與防護(hù)結(jié)構(gòu)作用機(jī)制比較
        3.4.2 防護(hù)結(jié)構(gòu)上受荷演化
        3.4.3 固相和液相對(duì)防護(hù)結(jié)構(gòu)的相對(duì)作用力
        3.4.4 固-液相互作用
        3.4.5 能量演化
    3.5 本章小結(jié)
4 顆粒級(jí)配對(duì)泥石流與防護(hù)結(jié)構(gòu)作用的影響
    4.1 引言
    4.2 試驗(yàn)裝置
        4.2.1 試驗(yàn)儀器布置
        4.2.2 泥石流縮比模型
    4.3 研究計(jì)劃
    4.4 試驗(yàn)結(jié)果
        4.4.1 干顆粒流和兩相流作用機(jī)制比較
        4.4.2 防護(hù)結(jié)構(gòu)受荷演化
        4.4.3 流深變化
    4.5 本章小結(jié)
5 基于小型水槽裝置模擬泥石流對(duì)縫隙壩的沖擊作用
    5.1 引言
    5.2 試驗(yàn)裝置及研究計(jì)劃
    5.3 試驗(yàn)結(jié)果
        5.3.1 單相流和兩相流與縫隙壩作用機(jī)制比較
        5.3.2 縫隙壩前顆粒堆積高度研究
        5.3.3 堆積高度z和顆粒溢出速率Q的關(guān)系
        5.3.4 縫隙壩攔截效率研究
    5.4 本章小結(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 主要結(jié)論
    6.2 進(jìn)一步工作建議
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)歷



本文編號(hào)：3811904