本文關(guān)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(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)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(lǐng)域的一個(gè)十分重要的課題,也是巖土工程領(lǐng)域的一個(gè)研究難點(diǎn)。近些年地震震害結(jié)果的調(diào)查研究表明,強(qiáng)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(jī)理一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者不懈努力的目標(biāo)。此前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者大都是從固體力學(xué)的角度去研究邊坡的液化流滑,也取得了不錯(cuò)的成果。近些年,比較新穎的思路是基于流體力學(xué)方法來(lái)預(yù)測(cè)和分析砂土邊坡的液化流滑機(jī)理,這種思路也更具有工程實(shí)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(xué)理論,并運(yùn)用VOF方法(volume of fluid method,流體體積法)對(duì)液化后砂土的流動(dòng)變形進(jìn)行了研究,同時(shí)也運(yùn)用VOF方法對(duì)液化后砂土進(jìn)行了流滑推樁效應(yīng)的研究,最后自主研發(fā)了一套測(cè)量液化砂土流體特性的試驗(yàn)裝置,并進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)研究。本文的研究?jī)?nèi)容包括如下幾個(gè)方面:(1)回顧了近十年來(lái)國(guó)內(nèi)外地震中幾種典型的流滑震害,包括地震發(fā)生地點(diǎn)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(xué)理論,利用VOF方法對(duì)液化后砂土的流動(dòng)變形進(jìn)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(duì)其流經(jīng)定點(diǎn)的速度影響以及非牛頓流體的稠度系數(shù)和流動(dòng)指數(shù)對(duì)其流經(jīng)定點(diǎn)的速度影響,并將液化后砂土的工程應(yīng)變與已有的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了簡(jiǎn)單的對(duì)比,驗(yàn)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(duì)牛頓流體和非牛頓流體兩種情況下流經(jīng)定點(diǎn)速度的三維結(jié)果與二維結(jié)果進(jìn)行了比較,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在誤差范圍內(nèi)三維結(jié)果與二維結(jié)果基本一致。(3)類似地,基于流體力學(xué)理論,利用VOF方法對(duì)液化后砂土的流滑推樁效應(yīng)進(jìn)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(guò)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(yīng)力的峰值響應(yīng)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(dòng)指數(shù)對(duì)樁身加速度、位移和應(yīng)力峰值響應(yīng)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(dòng)指數(shù)對(duì)樁身加速度、位移和應(yīng)力峰值響應(yīng)的影響,所得群樁的結(jié)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(cè)量液化后砂土流體特性的試驗(yàn)裝置,并進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)研究,得出的結(jié)論符合預(yù)期結(jié)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(yàn)基礎(chǔ)。
[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(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TU43

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本文編號(hào)：1451002