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开口柔性防护网调控泥石流性能试验研究

岩土力学 2022年第5期43卷 1237-1248页

作者：王东坡赵军张小梅杨鑫成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059 四川省地质工程集团有限责任公司四川成都610031

柔性防护网是防治泥石流灾害的重要工程措施之一,现有防治结构以闭口防护网形式为主,易发生堵塞且调控能力欠佳。为此,提出一种开口柔性防护网结构,并基于理论分析、物理模型试验开展了开口柔性防护网对泥石流的调控性能研究,推导泥石... 详细信息

柔性防护网是防治泥石流灾害的重要工程措施之一,现有防治结构以闭口防护网形式为主,易发生堵塞且调控能力欠佳。为此,提出一种开口柔性防护网结构,并基于理论分析、物理模型试验开展了开口柔性防护网对泥石流的调控性能研究,推导泥石流速度衰减率、爬升高度和柔性防护网拦挡率的理论公式。结果表明:与闭口柔性防护网结构相比,该结构起到了良好的自清洁作用,且可有效调控泥石流速度峰值;所推导的无量纲理论公式计算结果与物理试验结果具有较好的一致性;速度衰减率、爬升高度和拦挡率主要由相对开口高度、无量纲流深、泥石流相对密度和弗罗德数控制;速度衰减率和拦挡率与相对开口高度呈负相关,与泥石流相对密度呈正相关,爬升高度与相对开口高度、相对密度均呈负相关。上述研究可为开口柔性防护网在泥石流防治工程中的应用提供理论及技术支持。

关键词：泥石流开口柔性防护网速度衰减率爬升高度拦挡率

基于SPH-DEM的泥石流冲击刚性防护结构的动力过程研究

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自然灾害学报 2023年第6期32卷 47-57页

作者：赵德博郝梦洁熊昊深圳大学土木与交通工程学院广东深圳518060 深圳大学滨海城市韧性基础设施教育部重点实验室广东深圳518060

泥石流为含有大量泥沙与石块的固液两相混合物,对于山区基础设施安全威胁巨大。在当前的防灾工程中,防护结构常被用于拦截泥石流。然而,目前对泥石流与防护结构的相互作用机理仍缺乏认识。为此,采用耦合的光滑粒子流体动力学(smoothed p... 详细信息

泥石流为含有大量泥沙与石块的固液两相混合物,对于山区基础设施安全威胁巨大。在当前的防灾工程中,防护结构常被用于拦截泥石流。然而,目前对泥石流与防护结构的相互作用机理仍缺乏认识。为此,采用耦合的光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)和离散单元法(discrete element method,DEM)数值模型模拟了水槽试验中含有石块的泥石流运动,其中SPH模拟泥石流中的黏性流体,DEM模拟泥石流中的石块,分析了泥石流对刚性防护结构的冲击过程及冲击力。模拟结果表明,随着水槽倾角由0°依次增长为8°、15°、24°、30°,峰值冲击力增长倍数依次为2.59、4.75、8.88、11.45,倾角越大其峰值冲击力的增长率越大;而随着流体体积的增大,其峰值冲击力增长率也逐渐变大,相较V=0.024 m 3分别增长了0.79倍、1.64倍、3.20倍和4.56倍,但是稳定下来的静态冲击力基本与体积的变化成正比,而石块粒径对峰值水面高程的影响更显著。研究成果为泥石流防护结构的强度设计提供了理论支撑。

关键词：泥石流刚性防护结构 SPH-DEM 冲击力爬升高度

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泥石流冲击弧形拦挡坝动力响应研究

岩土力学 2020年第12期41卷 3851-3861页

作者：王东坡张小梅成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059

泥石流冲击过程中,坝基位置处承受了较大冲击力,易引起该位置出现应力集中而导致局部冲击破坏。为此,将竖向拦挡坝结构优化为弧形拦挡坝,并基于动量及能量守恒开展泥石流冲击弧形拦挡坝理论计算研究,推导泥石流对弧形拦挡坝的冲击力及... 详细信息

泥石流冲击过程中,坝基位置处承受了较大冲击力,易引起该位置出现应力集中而导致局部冲击破坏。为此,将竖向拦挡坝结构优化为弧形拦挡坝,并基于动量及能量守恒开展泥石流冲击弧形拦挡坝理论计算研究,推导泥石流对弧形拦挡坝的冲击力及爬升高度计算公式。为验证理论公式的正确性,进一步开展泥石流冲击弧形拦挡坝物理模型试验。研究结果表明:物理模型试验结果与所推导的理论公式计算结果具有较高的拟合度,该理论公式可适用于泥石流对弧形拦挡坝的冲击计算;泥石流流速、冲击力、爬升高度与泥石流沟道纵坡坡度呈正相关关系;冲击力及爬升高度主要受弗洛德数Fr、泥石流沟道纵坡坡度α、拦挡坝弧形半径R控制,并与Fr呈二次方正相关,与泥石流沟道纵坡坡度α的余弦值成反比;与竖向型拦挡坝结构相比,弧形拦挡坝结构在爬升高度上无显著影响,然而可较大程度降低泥石流对坝体的法向冲击力,局部结构增强也使得坝体结构强度得到提升。该研究可为泥石流拦挡坝工程的结构设计提供理论及技术支持。

关键词：泥石流弧形拦挡坝冲击力爬升高度

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微纳尺度毛细芯吸液特性

粉末冶金材料科学与工程 2016年第3期21卷 488-495页

作者：郑晓欢王野李红传纪献兵徐进良华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室多相流与传热北京市重点实验室北京102206

为提高相变传热中毛细芯的吸液性能,以4种粒度(d_a=556 nm^73.8μm)的球形铜粉并添加不同体积分数的Na_2CO_3(φ=0%~40%),用粉末烧结的方法制备不同规格的毛细芯,采用红外热成像法测定液体在其内部的爬升高度,用高速摄影捕捉液滴被吸入... 详细信息

为提高相变传热中毛细芯的吸液性能,以4种粒度(d_a=556 nm^73.8μm)的球形铜粉并添加不同体积分数的Na_2CO_3(φ=0%~40%),用粉末烧结的方法制备不同规格的毛细芯,采用红外热成像法测定液体在其内部的爬升高度,用高速摄影捕捉液滴被吸入的运动过程,以此为基础对微纳尺度毛细芯的吸液特性进行研究。结果表明:不同的颗粒直径及掺盐比可使毛细芯内部结构产生明显的差异,从而显著影响毛细芯的毛细特性和液体在其内部的爬升高度。当φ=0%时,与d_a=556 nm的毛细芯相比,d_a=73.8μm的毛细芯中液体的爬升高度增加约373 mm;而对d_a=24.1μm的毛细芯,最佳掺盐比φ=30%,液体所达到的最大爬升高度约518 mm,相比φ=0%的毛细芯,液体爬升高度提升45%。液滴被吸入的运动过程表明,由于纳米级毛细芯的毛细吸力较大,在液滴吸入初期可使其产生较大的变形,但由于渗透率较小导致完全吸入液滴所用时间较长,可见毛细芯吸液过程是毛细吸力和渗透率协同作用的结果,可通过调节金属粉末直径和掺盐比获得最优性能。

关键词：微纳尺度毛细芯爬升高度毛细吸力渗透率