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考虑含石量和坡度不同组分下颗粒流冲击刚性结构的力学模型研究

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振动与冲击 2021年第14期40卷 268-278页

作者：成浩韩培锋苏有文西南科技大学土木工程与建筑学院四川绵阳621010 水利部山洪地质灾害防治工程技术研究中心武汉430010

桥梁箱梁结构在土石混合体滑坡或者崩塌灾害冲击下受损破坏现象较为普遍,而含石量和坡度是影响箱梁结构冲击和破坏的重要因素。因此,采用离散元素法(DEM)模拟不同含石量和坡度作用下刚性结构的动力响应。结果表明:含石量越大,坡度越大,... 详细信息

桥梁箱梁结构在土石混合体滑坡或者崩塌灾害冲击下受损破坏现象较为普遍,而含石量和坡度是影响箱梁结构冲击和破坏的重要因素。因此,采用离散元素法(DEM)模拟不同含石量和坡度作用下刚性结构的动力响应。结果表明:含石量越大,坡度越大,颗粒流的动能耗散率耗时越短,冲击力越大;含石量对冲击力的影响程度比坡度小;土石耦合作用要比细颗粒土或块石颗粒单独作用对法向力影响大;基于模拟结果构建土石混合体冲击刚性结构的力学模型,推导出冲击力及其作用距离方程。为验证构建的力学模型的可靠性,将模型冲击力计算结果与Jiang模型、Adel模型及模拟结果进行对比发现模型的冲击力计算结果与模拟结果基本吻合。研究结果可为该类灾害的防治提供参考。

关键词：含石量坡度土石混合体冲击力力学模型

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单排微型桩加固碎石土滑坡物理模型试验

山地学报 2013年第4期31卷 399-405页

作者：孔纪名蔡强张引韩培锋中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室/中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所四川成都610041 中国科学院大学北京1001011

微型桩因其自身优势被广泛使用,但有关其抗滑机理的理论研究相对较少。首先对模型桩的力学特性进了标定试验,获得其弹塑性工作阶段的弹性模量,分别为0.69×104MPa和0.04×104MPa;再通过不同桩间距下单排微型桩加固碎石土滑坡室内模型试... 详细信息

微型桩因其自身优势被广泛使用,但有关其抗滑机理的理论研究相对较少。首先对模型桩的力学特性进了标定试验,获得其弹塑性工作阶段的弹性模量,分别为0.69×104MPa和0.04×104MPa;再通过不同桩间距下单排微型桩加固碎石土滑坡室内模型试验,研究微型桩抗滑机理。试验结果表明:不同桩间距下单排微型桩桩后土压力主要集中在滑面以上1/3桩身范围内;桩间距较小,土拱效应越明显,微型桩抗滑失效的最大临界弯矩越大,微型桩能承受的滑坡推力越大,抗滑效果越好。

关键词：微型桩碎石土滑坡滑坡推力土拱效应临界弯矩

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低渗透油藏水力压裂研究

低渗透油藏水力压裂研究

作者：韩培锋武汉工业学院

学位级别：硕士

随着我国经济的快速发展和社会的不断进步,能源问题将会成为制约我国经济和社会快速发展的一个瓶颈,低渗透油藏的开发将会成为我国解决石油危机的一个重要方面。水力压裂技术作为提高低渗透油藏采收效果的一种重要的手段,在低渗透油藏... 详细信息

随着我国经济的快速发展和社会的不断进步,能源问题将会成为制约我国经济和社会快速发展的一个瓶颈,低渗透油藏的开发将会成为我国解决石油危机的一个重要方面。水力压裂技术作为提高低渗透油藏采收效果的一种重要的手段,在低渗透油藏开采中使用非常的广泛。但是这些低渗透油藏大部分是“三低”油藏(储量丰度低、渗透率低、油井产能低),这些油田主要由受岩性因素影响很大的复合性油藏构成,储油砂体多呈比较零散的窄条带状,横向岩性变化很大,渗透率很低,油水关系错综复杂,现有的水力压裂技术在应用过程中出现了各种问题,因此研究低渗透油藏的水力压力过程中出现的各种问题就迫在眉睫。本文基于流-固耦合理论,结合渗流力学、弹塑性力学及岩石断裂、损伤力学研究了射孔参数变化、薄弱层窜层、天然裂纹和断层等几种主要影响低渗透油藏水力压裂效果的因素,通过理论分析和数值模拟计算后发现:(1)水力压裂中射孔方位角度的变化将会影响水力压裂的裂纹开裂的应力和位移;(2)水力压裂水泥环套管与岩层接触处是薄弱面,在该接触处的应力和位移产生应力奇异的现象,导致压裂液的窜层大部分发生在该处;(3)低渗透油藏中原生裂纹会影响水力压裂主裂纹的开裂和扩展,原生裂纹数量越多,则主裂纹的应力和位移将会越小;(4)当多油层同时注水压裂时,各油层裂纹的起裂和扩展将会相互影响,且隔层厚度越小,则影响越大,并且中间裂纹受到两边裂纹的影响十分明显;(5)低渗透油层中断层将会影响水力压裂的效果,断层倾斜角的改变将会影响水力压裂的速度和压力,在断层附近压裂流体的流速急剧变化,倾斜角越小,断层附近的流速也越小,而断层附近的压力梯度变化则越大。根据以上的研究结果,可以为低渗透油层的水力压裂的压裂参数提供理论依据。

关键词：低渗透油藏水力压裂流-固耦合裂纹开裂数值模拟

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降雨强度与含石量对松散堆积体失稳影响研究

工程科学与技术 2019年第1期51卷 112-120页

作者：韩培锋樊晓一田述军张友谊西南科技大学土木工程与建筑学院四川绵阳621010 工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室四川绵阳621010 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

地震、工程开挖及风化、侵蚀、搬运等地质作用形成大量的松散堆积体。堆积体中块石含量各异,在降雨诱发下失稳形成滑坡、泥石流等地质灾害,给当地居民生产生活和大型工程造成严重威胁。利用室内大型模型平台开展不同含石量和降雨强度的... 详细信息

地震、工程开挖及风化、侵蚀、搬运等地质作用形成大量的松散堆积体。堆积体中块石含量各异,在降雨诱发下失稳形成滑坡、泥石流等地质灾害,给当地居民生产生活和大型工程造成严重威胁。利用室内大型模型平台开展不同含石量和降雨强度的模型试验,分析含石量和降雨强度变化对松散堆积体变形失稳的影响。研究表明:降雨入渗过程中松散堆积体的体积含水率变化过程可分4个阶段。在Ⅰ阶段堆积体的含水率基本不变,Ⅱ阶段含水率快速增加,达到峰值后进入Ⅲ阶段,在此阶段中出现缓慢回落,降低到一定程度后进入Ⅳ阶段,此后体积含水率再次缓慢增大。含石量越大,相同降雨强度和时间时其体积含水率越小,后缘主张拉裂缝出现的时间越晚,对应的主张拉裂缝的宽度越小,坡体达到失稳破坏的时间越短。当降雨历时相同时,降雨强度越大,则体积含水率越大;降雨强度越大,松散堆积体失稳破坏时的体积含水率越高;不同降雨强度下,松散堆积体的体积含水率变化规律各不相同。降雨强度对松散堆积体的稳定性影响更加明显,降雨强度越大,松散堆积体的主张拉裂缝值越小,其主张拉裂缝出现时间、裂缝最大宽度、失稳时累积最大位移及失稳降雨历时降低越明显。研究结果为灾区松散堆积体降雨过程中失稳灾变的预测预报研究提供参考。

关键词：松散堆石体含石量降雨强度失稳

含石量和坡度对土石混合体崩塌运动规律的影响

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中国地质灾害与防治学报 2020年第4期31卷 11-23页

作者：成浩韩培锋苏有文西南科技大学土木工程与建筑学院四川绵阳621010 水利部山洪地质灾害防治工程技术研究中心湖北武汉430010

为探究震后及复杂地质山区土石混合体崩塌运动规律,采用离散元法分析崩塌运动过程,研究含石量和坡度变化下崩塌体崩塌运动速度、最远运距、冲击力及运动形式。结果表明:同一坡度下,含石量越大崩塌速度峰值越大,其运动时间越短;相同含石... 详细信息

为探究震后及复杂地质山区土石混合体崩塌运动规律,采用离散元法分析崩塌运动过程,研究含石量和坡度变化下崩塌体崩塌运动速度、最远运距、冲击力及运动形式。结果表明:同一坡度下,含石量越大崩塌速度峰值越大,其运动时间越短;相同含石量,随坡度的增大速度峰值越大其运动时间逐渐缩短;细颗粒和块石的最大水平运距与含石量和坡度变化成正相关;含石量变化对崩塌体的冲击力影响较小,坡度变化对崩塌体的冲击力影响较大,其中坡度65°各含石量崩塌体出现滑动冲击阶段、动态冲击阶段、稳定堆积阶段;崩塌体崩塌演化经历了变形滑动、高速滑滚、准静态堆积三个运动阶段,运动形式以滑动为主。研究结果将为土石混合体崩塌灾害预测与治理提供参考。

关键词：土石混合体崩塌运动平均速度运距比

含石量和坡度变化对土石混合堆积体的动力响应及失稳的影响

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地震地质 2020年第1期42卷 212-225页

作者：韩培锋樊晓一田述军文华张友谊西南科技大学土木工程与建筑学院绵阳621010 水利部山洪地质灾害防治工程技术研究中心武汉430010 工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室绵阳621010

土石混合堆积体在地震荷载作用下的动力响应是研究其在地震荷载作用下失稳机理的重要指标。文中基于室内振动台模型试验,研究了含石量和坡度变化对土石混合堆积体动力响应特征的影响。试验结果表明:峰值加速度(PGA)的放大系数在水平方... 详细信息

土石混合堆积体在地震荷载作用下的动力响应是研究其在地震荷载作用下失稳机理的重要指标。文中基于室内振动台模型试验,研究了含石量和坡度变化对土石混合堆积体动力响应特征的影响。试验结果表明:峰值加速度(PGA)的放大系数在水平方向随着高程的增加而增大;坡度越大时水平方向的PGA放大系数越大,而含石量越大时其对应的水平方向的PGA放大系数越小;土石混合堆积体的坡脚处竖直方向的PGA放大系数增长明显,而坡顶竖直方向的PGA放大系数有减弱的趋势;相同激振强度下,土石混合堆积体的坡度越大则坡体顶部的永久位移越大,而含石量越大则对应的坡顶位移越小;堆积体滑坡振动过程及滑动后,大粒径颗粒向下运动的速度较快,使得土石混合堆积体坡脚的堆覆具有非常明显的颗粒分选现象。文中的研究结果对于分析土石混合堆积体的含石量和坡度变化与其在地震荷载作用下的动力响应规律具有实际意义。

关键词：土石混合堆积体含石量坡度峰值加速度动力响应

滑坡碎屑流颗粒级配及地形偏转对其冲击和堆积过程的影响研究

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铁道科学与工程学报 2022年第5期19卷 1319-1330页

作者：袁锦涛韩培锋田述军欧小红邱洪志西南科技大学土木工程与建筑学院四川绵阳621010 广西岩土力学与工程重点实验室广西桂林541004 水利部山洪地质灾害防治工程技术研究中心湖北武汉430010 成都大学建筑与土木工程学院四川成都610106 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所山地灾害与地表过程重点实验室四川成都610106

滑坡碎屑流具有大规模、远程高速的特点,滑坡碎屑流在运动过程中会途经各种地形条件,受到场地一定的偏转作用和拦挡作用。通过分析不同颗粒级配和地形偏转对滑坡碎屑流的运动堆积的影响,以及滑坡碎屑流颗粒冲击过程中的能量交换和接触... 详细信息

滑坡碎屑流具有大规模、远程高速的特点,滑坡碎屑流在运动过程中会途经各种地形条件,受到场地一定的偏转作用和拦挡作用。通过分析不同颗粒级配和地形偏转对滑坡碎屑流的运动堆积的影响,以及滑坡碎屑流颗粒冲击过程中的能量交换和接触作用力及冲击过后的堆积形态,从而为滑坡碎屑流灾害的防治提供参考建议。运用离散元软件,构建4种三维偏转滑槽模型,以及搭配的3种颗粒级配进行数值模拟,来研究不同地形偏转和颗粒级配对滑坡碎屑流运动堆积过程的影响。研究结果表明:在碎屑流运动过程的碰撞减速阶段,细颗粒组的颗粒运动速度,平均动能以及平均势能(交汇点前)与其他颗粒组相比均为最小,随着地形偏转角度的增加,颗粒运动速度,平均动能以及平均势能均为逐渐增加,其平均速度的衰减速率减小。飞出转角处场地的颗粒质量与地形偏转角α总是成线性关系,且拟合程度较高。动态冲击阶段,细颗粒组和60°场地偏转角的冲击力峰值最小,细颗粒的含量的增加和场地偏转角的增加对碎屑流颗粒的冲击力的抑制作用增强。颗粒级配对滑坡碎屑流的最终堆积形态影响较小,随着地形偏转度的增加,堆积体分布在底部的面积增加,堆积体的反序结构发育程度增强,对滑坡碎屑流的最终堆积形态有较大影响。

关键词：颗粒级配滑坡碎屑流地形偏转冲击 DEM 堆积形态

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拦挡桩群对滑坡碎屑流挡流效果的离散元模拟

铁道科学与工程学报 2022年第1期19卷 129-140页

作者：陈古华韩培锋王月明田述军邱洪志西南科技大学土木工程与建筑学院四川绵阳621010 广西岩土力学与工程重点实验室广西桂林541004 水利部山洪地质灾害防治工程技术研究中心湖北武汉430010 成都大学建筑与土木工程学院四川成都610106 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所山地灾害与地表过程重点实验室四川成都610041

碎屑流灾害在西南山区较普遍,且碎屑流级配变化较大,对范围内的建筑构筑物和人民生命财产安全造成不容忽视的恶劣影响。其工程防治措施是近年来的研究热点问题,而采用桩群进行拦挡的形式更是新颖,因而弄清碎屑流颗粒级配对拦挡桩群的冲... 详细信息

碎屑流灾害在西南山区较普遍,且碎屑流级配变化较大,对范围内的建筑构筑物和人民生命财产安全造成不容忽视的恶劣影响。其工程防治措施是近年来的研究热点问题,而采用桩群进行拦挡的形式更是新颖,因而弄清碎屑流颗粒级配对拦挡桩群的冲击响应特征将为其治理工程结构优化与防护提供参考。基于此,采用离散元软件Discrete Element Method(DEM)定量分析碎屑流颗粒级配、桩群拦挡距离双因子对碎屑流冲击桩群过程中的速度、堆积范围和轮廓形状、堆积区域质量分布及桩群所受冲击力的影响,进一步探究不同拦挡距离下桩群的挡流效果和冲击效应特征,并从能量角度阐述其冲击响应特征机理。模拟结果表明:1)碎屑流达到其平均速度峰值的时间与小粒径颗粒含量成反比;且冲击过程中出现明显的颗粒反序现象。2)碎屑流平均速度峰值、静止堆积体质量极值分布区域与坡脚的距离同大粒径颗粒含量成正比;碎屑流在堆积区域堆积面积与拦挡距离成正比,在滑槽中堆积面积与大粒径颗粒含量成反比。3)大粒径颗粒"跳动"现象明显且对桩群的瞬时冲击作用显著,因此针对大粒径颗粒含量较大的级配体建议采用适当增大拦挡距离的方式进行拦挡。4)桩群的拦挡效应是导致碎屑流动能变化的主要原因,而碎屑流颗粒之间的摩擦、碰撞是碎屑流最终静止堆积的重要影响因素。

关键词：滑坡碎屑流颗粒级配拦挡距离桩群挡流效果 DEM

芦山地震触发次生灾害特点统计分析及规律预测

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自然灾害学报 2018年第1期27卷 120-126页

作者：韩培锋田述军樊晓一盛晓州西南科技大学土木工程与建筑学院工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室四川绵阳621010 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 如东县住房和城乡建设局江苏南通226400

芦山地震后次生灾害造成大量的人员伤亡和财产损失,有效分析并预测芦山地震次生灾害规律将有助于灾区的灾害评价和灾后重建工作。震后,四川省国土局组织中科院成都山地所开展芦山地震次生灾害风险评估,本人作为项目组成员参与其中。本... 详细信息

芦山地震后次生灾害造成大量的人员伤亡和财产损失,有效分析并预测芦山地震次生灾害规律将有助于灾区的灾害评价和灾后重建工作。震后,四川省国土局组织中科院成都山地所开展芦山地震次生灾害风险评估,本人作为项目组成员参与其中。本文利用芦山地震后四川国土部门和中科院山地所提供的灾害相关统计数据进行分析,发现庐山地震后次生灾害类型主要为崩塌、滑坡和泥石流等,达到灾害总量的99%,其中97%为小中型灾害。统计发现,地震各主要县市地质灾害密度差异较大,地震烈度等级越高,区域内各种次生灾害的密度就越大,大型规模次生灾害的密度也越大。本研究利用庐山地震灾害密度数据拟合多项式,并利用汶川地震灾害统计数据和国土局统计的芦山地震灾害密度数据对多项式进行对比验证,发现拟合公式计算结果与统计数据基本吻合。本研究得出的拟合多项式以及相关的统计规律将为庐山地震后预测崩塌和滑坡等次生灾害提供参考,为震后灾区重建和灾害评估提供科学指导。

关键词：芦山地震次生灾害灾害统计分析灾害预测