管涌是指在一定的水力梯度下,土體內(nèi)部的細(xì)顆粒沿著骨架顆粒形成的孔隙被滲流逐漸帶出,并形成滲漏通道的現(xiàn)象。滲漏通道形成后,直徑為幾厘米到幾米不等,會導(dǎo)致土壤不斷被水流侵蝕,土體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞,最終導(dǎo)致災(zāi)難性后果。管涌是造成土石壩和堤壩發(fā)生破壞的最主要原因。管涌常發(fā)生在壩體內(nèi)部,難以觀察和測量,且管涌是一個多相耦合的非線性動態(tài)過程,影響因素復(fù)雜,一直是水利研究的重點(diǎn)。本文從微觀角度出發(fā),基于流固耦合原理對管涌的細(xì)觀機(jī)理進(jìn)行研究。利用基于離散元法的顆粒流程序PFC3D建立管涌的數(shù)值模型,同時結(jié)合管涌的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?shù)值模型的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。通過分析管涌數(shù)值模型的固相參數(shù)(如顆粒遷移、接觸力、孔隙率、顆粒速度和質(zhì)量損失比)和液相參數(shù)(如流速、滲透系數(shù))的變化規(guī)律,還原了管涌的發(fā)生和發(fā)展過程,并得出以下主要結(jié)論:(1)管涌侵蝕是自表面逐漸向深層發(fā)展的過程,在這個過程中,填充顆粒的流失對土體結(jié)構(gòu)影響不大,骨架顆粒的松動標(biāo)志著結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的開始。水力梯度是導(dǎo)致骨架顆粒松動和土體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的重要原因,通過分析顆粒速度變化,量化得到顆粒起動水力梯度為2.0,骨架變形水力梯度為4.0,用于土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的判斷指標(biāo)... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：63 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

逆向管涌侵蝕過程[14]

第1章緒論7圖1-3透明土壤滲透儀[31]Fig.1-3Transparentsoilpermeator[31]Rosen(2011)[32]分別用粒子圖像測速儀（PIV）、粒子跟蹤（PI）的圖像減法（IS）結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)分析研究了土壤顆粒的侵蝕行為。通過將示蹤劑和樣品中的細(xì)顆�；旌�，對樣品施加不同水頭，使用單反相機(jī)采集一系列圖像，并用三種方法分別對連續(xù)的圖像進(jìn)行分析。PIV是對連續(xù)圖像中相似窗口使用最小二次差分算法計(jì)算顆粒位移并確定速度常PI是通過確定顆粒在連續(xù)圖像上的位置對其位移距離量化。IS是利用不同圖像來研究特定時間間隔內(nèi)運(yùn)動顆粒的數(shù)量，通過改變時空分辨率來研究單個顆粒的運(yùn)動和樣本在一段時間內(nèi)的變化。對這幾種方法進(jìn)行了評估，對缺乏時空分辨率，技術(shù)成功，未能深入研究土壤內(nèi)部侵蝕問題。需要人工對圖像進(jìn)行評估，工作量巨大，補(bǔ)充了其他滲流實(shí)驗(yàn)缺乏的時空分辨率。馮上鑫等人（2018）[33]使用核磁共振（NMR）技術(shù)研究了土石混合體的滲透破壞過程。對級配連續(xù)的直徑45mm，高55mm的土柱樣品進(jìn)行了不同水力坡降的滲透試驗(yàn)，并使用了核磁共振對樣品細(xì)觀結(jié)構(gòu)變化實(shí)時監(jiān)測，最后使用核磁共振分析系統(tǒng)對試樣內(nèi)部橫截面的孔隙變化和滲透率特性進(jìn)行了分析，得出試樣在不同水力梯度下內(nèi)部侵蝕的程度。使用核磁共振的方法對土體進(jìn)行了無損實(shí)時監(jiān)測，速度快，未能真實(shí)反映出管涌滲漏通道的形成過程，這項(xiàng)技術(shù)有待于進(jìn)一步開發(fā)。以上關(guān)于管涌的可視化研究比起只能隔著玻璃觀測管涌發(fā)生發(fā)展過程的研究方法具

本文研究的技術(shù)路線圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]中國汛期雨型和暴雨日數(shù)的時空分布規(guī)律及其成因研究[D]. 冷春香.中國氣象科學(xué)研究院 2003



本文編號：2935340