本文關鍵詞： 牛頓流體 非牛頓流體 VOF方法 液化流滑 樁　出處：《江蘇大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：地震后砂土邊坡的液化流滑一直是巖土地震工程領域的一個十分重要的課題,也是巖土工程領域的一個研究難點。近些年地震震害結果的調查研究表明,強震作用引起的砂土邊坡液化流滑造成的危害不容小覷,砂土邊坡的液化流滑機理一直是國內外學者不懈努力的目標。此前,國內外學者大都是從固體力學的角度去研究邊坡的液化流滑,也取得了不錯的成果。近些年,比較新穎的思路是基于流體力學方法來預測和分析砂土邊坡的液化流滑機理,這種思路也更具有工程實際意義。本文首先回顧了近十年典型的地震液化流滑震害,并介紹了部分液化流滑防御措施。然后基于流體力學理論,并運用VOF方法(volume of fluid method,流體體積法)對液化后砂土的流動變形進行了研究,同時也運用VOF方法對液化后砂土進行了流滑推樁效應的研究,最后自主研發(fā)了一套測量液化砂土流體特性的試驗裝置,并進行了相應的試驗研究。本文的研究內容包括如下幾個方面:(1)回顧了近十年來國內外地震中幾種典型的流滑震害,包括地震發(fā)生地點以及危害,然后介紹了部分液化流滑的防御措施。(2)基于流體力學理論,利用VOF方法對液化后砂土的流動變形進行了研究。首先將液化后砂土分別視為牛頓流體和冪律型非牛頓流體,建立其流體二維模型,并分析了牛頓流體黏度對其流經定點的速度影響以及非牛頓流體的稠度系數(shù)和流動指數(shù)對其流經定點的速度影響,并將液化后砂土的工程應變與已有的試驗結果進行了簡單的對比,驗證了本文方法的正確性。然后建立了液化后砂土的三維流體模型,并分別對牛頓流體和非牛頓流體兩種情況下流經定點速度的三維結果與二維結果進行了比較,結果發(fā)現(xiàn)在誤差范圍內三維結果與二維結果基本一致。(3)類似地,基于流體力學理論,利用VOF方法對液化后砂土的流滑推樁效應進行了分析。首先,分別建立了單樁模型和液化后砂土的流體模型,通過耦合條件建立了單樁與液化后砂土的流固耦合模型,基于該模型得出了單樁樁身加速度、位移和應力的峰值響應曲線,并據(jù)此分析了牛頓流體黏度和非牛頓流體稠度系數(shù)和流動指數(shù)對樁身加速度、位移和應力峰值響應的影響。然后建立了群樁與液化后砂土的流固耦合模型,與單樁情形類似,分析了牛頓流體的黏度和冪律型非牛頓流體稠度系數(shù)和流動指數(shù)對樁身加速度、位移和應力峰值響應的影響,所得群樁的結果與單樁情形不同。(4)基于邊界層理論,建立了求解液化后砂土黏度的理論公式。然后自主研發(fā)了一套測量液化后砂土流體特性的試驗裝置,并進行了相應的試驗研究,得出的結論符合預期結果,從而證明了本裝置和公式的適用性,為以后液化后砂土的流體特性研究奠定了試驗基礎。
[Abstract]:The liquefaction flow slip of sandy slope after earthquake has been a very important subject in the field of geotechnical seismic engineering, and is also a research difficulty in the field of geotechnical engineering. The liquefaction flow slip of sandy slope caused by strong earthquake can not be underestimated. The liquefaction flow slip mechanism of sand slope has been the goal of domestic and foreign scholars' unremitting efforts. Most scholars at home and abroad study the slope liquefaction flow slip from the angle of solid mechanics, and have achieved good results in recent years. The new idea is to predict and analyze the mechanism of liquefaction flow slip of sandy slope based on hydrodynamic method. This idea is also of engineering practical significance. This paper first reviews the typical earthquake liquefaction flow slip damage in recent ten years, and introduces some measures to prevent liquefaction flow slip, and then based on the theory of fluid mechanics. The flow deformation of liquefaction sand was studied by VOF method volume of fluid method (fluid volume method). At the same time, VOF method is used to study the pile-slip effect of liquefaction sand. Finally, a set of experimental device is developed to measure the fluid characteristics of liquefaction sand. The research contents of this paper include the following aspects: 1) reviewing several typical fluid-slip earthquakes in recent ten years, including the location and harm of the earthquake. Then the defense measures of partial liquefaction flow slippage are introduced. 2) based on the theory of fluid mechanics. The flow deformation of liquefaction sand is studied by VOF method. Firstly, the liquefaction sand is regarded as Newtonian fluid and power-law non-Newtonian fluid respectively, and its two-dimensional fluid model is established. The influence of the viscosity of Newtonian fluid on the velocity of flow through a fixed point and the influence of consistency coefficient and flow index of non-Newtonian fluid on the velocity of flow through a fixed point are analyzed. The engineering strain of liquefaction sand is compared with the existing test results, and the correctness of this method is verified. Then, the three-dimensional fluid model of liquefaction sand is established. The results of three-dimensional and two-dimensional velocities of Newtonian fluid and non-Newtonian fluid passing through a fixed point are compared respectively. The results show that in the error range, the three-dimensional results are basically consistent with the two-dimensional results. (3) based on the theory of fluid dynamics, the VOF method is used to analyze the pile-slip effect of sand after liquefaction. The single pile model and the fluid model of the liquefaction sand are established respectively. The fluid-solid coupling model of the single pile and the liquefaction sand is established through the coupling condition. Based on the model, the acceleration of the single pile is obtained. According to the peak response curve of displacement and stress, the pile acceleration is analyzed according to the viscosity of Newtonian fluid, consistency coefficient of non-Newtonian fluid and flow index. Then the fluid-solid coupling model of pile group and liquefaction sand is established, which is similar to that of single pile. The effects of viscosity of Newtonian fluid, consistency coefficient of power-law non-Newtonian fluid and flow index on the peak response of pile acceleration, displacement and stress are analyzed. The results of pile group are different from that of single pile. (4) based on the boundary layer theory, a theoretical formula for solving the viscosity of liquefied sand is established. Then, a set of experimental equipment is developed to measure the fluid characteristics of liquefaction sand. The experimental results are in accordance with the expected results, which proves the applicability of the device and the formula, and establishes the experimental foundation for the later study of the fluid characteristics of the sand after liquefaction.
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TU43

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本文編號：1451002