| 堤基渗透破坏水土耦合模型和机理研究 |
| 英文题名 | Study on Fluid-soil Coupling Model and Mechanism for Seepage Failure in Levee Foundation
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| 彭博
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| 导师 | 李家春
; 张会琴
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| 2015
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| 学位授予单位 | 中国科学院研究生院
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| 学位授予地点 | 北京
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| 学位类别 | 博士
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| 学位专业 | 流体力学
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| 摘要 | 渗透破坏是最常见的堤防险情之一。渗透破坏在一定条件下会导致溃堤事故，进而引发洪水灾害。研究渗透破坏的发展机理对于堤防防护和抗洪抢险具有重要意义。渗透破坏是一个多阶段、多相、多场耦合且涉及到复杂介质的问题，水与土的相互作用贯穿渗透破坏发展的始终。本文旨在深入研究堤基渗透破坏的发展规律及其致灾机理。通过建立水与土体耦合的物理模型，采用数值手段对渗透破坏的发展和致灾过程进行了细致的模拟，仔细分析了发生位置、水位、细颗粒含量等因素对渗透破坏发生发展的影响，深入探讨了渗透破坏导致堤防险情的临界条件。 主要的创新性成果如下： 1.建立了渗透破坏水土耦合的动力学模型，不仅详细描述了渗流过程和颗粒流失过程，而且着重描述了两个过程之间的耦合作用。新模型弥补了以往模型把水和土割裂开来研究的缺陷，同时解决了以往模型无法同时描述管涌和流土现象的不足。 2.针对渗透破坏发展过程两场耦合求解难题，将该问题分解为三个相对简单的子问题：求解渗流场、求解颗粒浓度场、求解耦合作用。建立了两场耦合问题的数值计算模型，选择采用有限元方法求解渗流场，采用有限体积方法求解颗粒浓度场，解决了单一计算方法无法同时求解渗流过程和颗粒流失过程的不足。通过在ABAQUS平台上进行二次开发，解决了多场耦合计算中的数据传递、任务协同管理和计算效率问题，实现了问题的有序求解。计算结果与试验进行了比较和验证。 3.分析了河水水位、细颗粒含量、破坏点位置对渗透破坏发展及致灾的影响，得到了三种因素共同作用时渗透破坏致灾的临界条件。将临界条件应用到估算警戒水位、判断重点监控范围、为堤防材料改造提供建议等实际堤防中存在的问题中。 4.将应力场的计算引入到渗透破坏致灾过程研究当中，对渗透破坏三维三场耦合问题进行了探索性研究。通过分析论证认为，渗透破坏三场耦合问题中的应力场对渗流场影响、应力场对颗粒浓度场影响可以忽略。三场耦合问题经过简化之后，求解难度降低，所需输入参数大大减少。提出线弹性模型能够在满足计算需求的情况下，最大程度降低数据质量带来的误差。对简化后的三场耦合渗透破坏模型进行了模拟和分析。 |
| 索取号 | 31238
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| 语种 | 中文
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| 文献类型 | 学位论文
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| 条目标识符 | http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/55121
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| 专题 | 流固耦合系统力学重点实验室
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推荐引用方式
GB/T 7714 |
彭博. 堤基渗透破坏水土耦合模型和机理研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2015.
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