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海洋地质与第四纪地质 2024年第1期44卷 179-190页

作者：赵化淋孙永福贾超卫如春邓浩吴滔山东大学海洋研究院青岛266237 山东大学海洋地质与工程研究所青岛266237 国家深海基地管理中心青岛266237

在陆地矿产资源日渐枯竭的今天,深海矿产资源已成为全球各个国家争相开采与利用的焦点,深海采矿车是实现深海矿产资源开采的重要装备。海底稀软底质是一种承载力与抗剪强度极低的特殊底质,在采矿作业中,深海稀软底质的物理力学特性直接... 详细信息

在陆地矿产资源日渐枯竭的今天,深海矿产资源已成为全球各个国家争相开采与利用的焦点,深海采矿车是实现深海矿产资源开采的重要装备。海底稀软底质是一种承载力与抗剪强度极低的特殊底质,在采矿作业中,深海稀软底质的物理力学特性直接影响采矿车行走的稳定性。文章选取Burger’s接触模型作为深海稀软底质的本构模型,对某海域海底稀软原状土开展室内三轴试验,通过pfc3d颗粒流数值模拟实验对比实际三轴试验,对稀软底质的Burger’s蠕变模型进行参数标定,同时依据标定结果改变相应参数,针对5种不同底质条件的工况,建立海底采矿车的数字仿真模型,模拟各工况下采矿车在不同行驶速度时的下陷深度。结果显示,下陷深度会随行驶速度呈非线性变化,在一定范围内随着行驶速度的增大而减少并逐渐趋于稳定。同时结果还表明,该区域海底稀软底质具有更高的黏粒含量(38.1%~48.4%)、含水率(88.13%~137.79%)和压缩性(压缩系数:1.86~3.73 MPa^(-1),压缩模量:1.26~2.13 MPa),具有更低的密度(1.3~1.5 g/cm^(3))和强度特性(贯入阻力:0.19~1.32 N,黏聚力:3.7~6.9 kPa,内摩擦角:2.4°~3.9°),即承载力较低,蠕变性能较强。本研究在宏观上做了一般的探讨,为类似参数的稀软底质下海底采矿车的运行安全控制提供了较好借鉴与依据。

关键词：海底采矿车海底稀软底质 Burger’s蠕变模型 pfc3d颗粒流

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楔形滑体运动特征数值模拟及分析

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合肥工业大学学报（自然科学版） 2019年第9期42卷 1244-1250页

作者：汪鹏程杨扬方祥徐巍合肥工业大学土木与水利工程学院

文章将常见滑坡模型进行简化,把滑体的运动状态分为失稳启动后斜面运动阶段和水平运动阶段。通过FISH语言编写pfc3d颗粒流运行程序,模拟并分析了滑体从开始解体到运动停止堆积状态的整个运动过程。考察滑体在不同时刻的运动形态变化,记... 详细信息

文章将常见滑坡模型进行简化,把滑体的运动状态分为失稳启动后斜面运动阶段和水平运动阶段。通过FISH语言编写pfc3d颗粒流运行程序,模拟并分析了滑体从开始解体到运动停止堆积状态的整个运动过程。考察滑体在不同时刻的运动形态变化,记录了滑体内部颗粒接触数目与滑体能量随时间变化的规律。通过在相关特征部位设定监测点,获得滑体不同部位的总速度、纵向速度和纵向位置等运动特征参量。结果表明:滑体各部分运动状态受所处的初始位置影响很大;滑体颗粒不光有前后运动还有横向运动;滑体中不同能量变化差异较大。

关键词：楔形滑体 pfc3d颗粒流运动过程三维数值模拟

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消落带植生混凝土配合比设计及抗冲刷性能研究

消落带植生混凝土配合比设计及抗冲刷性能研究

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作者：李方园重庆交通大学

学位级别：硕士

本文针对植生混凝土在消落带和河岸边坡治理工程中的应用开展研究,进行了植生混凝土的物理性能、力学性能和植生性等工作性能试验,并对其抗冲刷性能进行了具体的水流冲刷试验研究和基于pfc3d颗粒流数值模拟植生混凝土抗冲刷性能仿真分析... 详细信息

本文针对植生混凝土在消落带和河岸边坡治理工程中的应用开展研究,进行了植生混凝土的物理性能、力学性能和植生性等工作性能试验,并对其抗冲刷性能进行了具体的水流冲刷试验研究和基于pfc3d颗粒流数值模拟植生混凝土抗冲刷性能仿真分析,在数值仿真结果的基础上提出适合消落带处和河岸边坡区域的植生混凝土护坡配合比设计方案,主要研究内容如下:(1)采用粗集料为10～20mm和20～40mm石子粒径,以混合粒径级配10～20mm和20～40mm无矿物掺合料、单一粒径级配20～40mm分别为无矿物掺合料、10%硅灰和20%粉煤灰配合比设计制备植生混凝土。试验结果表明,混合粒径级配的植生混凝土7d和28d抗压强度为6.3MPa、10.5MPa,且抗压强度随粗骨料粒径级配增大而减少;掺加10%硅灰掺合料的植生混凝土7d和28d抗压强度为6.5MPa、12MPa;掺加20%粉煤灰的抗压强度为6.6MPa、11.5MPa。(2)研究了不同级配植生混凝土孔隙率变化规律,级配为20～40mm的植生混凝土实测有效孔隙率大于设计孔隙率28%,有效孔隙率随骨料粒径级配的增大而增大;且植生混凝土的透水系数随有效孔隙率的增大而增大。(3)对粗集料为20～40mm制备的三种植生混凝土进行植生性能试验研究,采用上植式种植方式,观察生长结果可知,高羊茅植物生长长势较好,狗牙根植物生长缓慢且适应能力强,生长28d的狗牙根最高可达15cm。(4)对植生混凝土护坡抗冲刷性能物理试验,并采pfc颗粒流模拟植生混凝土抗冲刷性能,试验结果可知,植生混凝土护坡的多孔结构具有截留护土效果,在水槽内进行冲刷试验,可抵抗1.62m/s的流速,冲刷5h可抵抗1.49kg/m的侵蚀量;数值模拟结果表明,植生混凝土的孔隙率宜控制在34%以内。(5)通过对植生混凝土各种试验研究,分析各项试验数据,优化植生混凝土的配合比,提出适合在消落带处植生混凝土护坡的植生混凝土配合比设计。

关键词：植生混凝土工作性能 pfc3d颗粒流冲刷性能配合比设计

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岩溶区浅埋穿河隧洞（道）突涌水危险性评价及致灾过程模拟

岩溶区浅埋穿河隧洞（道）突涌水危险性评价及致灾过程模拟

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作者：线美婷西安理工大学

学位级别：硕士

在岩溶区修建隧道常会面临突涌水等地质灾害,尤其是修建浅埋穿河隧道,极具挑战性。由于隧址区存在断层破碎带、岩体风化程度高、节理裂隙发育等,河水入侵隧道造成突涌水的可能性大幅增加。因此,首先从宏观方面评估突涌水灾害风险等级,... 详细信息

在岩溶区修建隧道常会面临突涌水等地质灾害,尤其是修建浅埋穿河隧道,极具挑战性。由于隧址区存在断层破碎带、岩体风化程度高、节理裂隙发育等,河水入侵隧道造成突涌水的可能性大幅增加。因此,首先从宏观方面评估突涌水灾害风险等级,研发隧道(洞)施工前期突涌水灾害危险性等级评价系统,最后对于输出的高风险洞段,模拟其突涌水过程,综合确定危险性等级。本文首先从宏观风险评价方面,根据岩溶区浅埋穿河隧道的地质条件及隧道特征,建立了突涌水风险评价的属性识别模型,通过自主编程实现危险性等级的即时评估。对于危险性等级较高的洞段,利用pfc3d软件建立了隧道断层带破碎岩体的数值模型,模拟了岩溶区易发的蚀溃型突涌水现象;同时,以试样中的粗、细颗粒配比为影响因素,描述了总颗粒损失质量、颗粒间接触关系、孔隙率及渗透系数的时变特征,并利用以上参数与时间的关系评价了突水突泥风险。取得的主要研究成果如下:(1)根据工程区地质条件及隧洞特征,选取了地层岩性、修正的岩层倾角、岩性接触带、断层带宽度、断层性质、裂隙发育程度、地表水流量、地表汇水面积、隧道埋深、施工干扰程度共10个典型致灾因子,构建了岩溶区浅埋穿河隧洞突涌水灾害危险性评价体系。该评价体系应用于秦岭输水隧洞下穿椒溪河段及跃龙门隧道下穿高川河浅埋段的突涌水风险评价,发现危险性评价结果与现场实际情况比较基本一致,验证了该评价模型的合理性及可行性。(2)基于Visual Basic for Applications(VBA)编程工具,对隧道突涌水风险评估模型加以程序实现,将其设计为便于操作的GUI界面。选取了两个典型案例进行研究,验证了系统的可行性。通过与隧道实际开挖对比,该系统的评价结果是可以接受的。在一定程度上可以避免突涌水事故的发生,具有较大的经济价值。(3)针对高风险洞段,应进行突涌水数值模拟,岩溶区浅埋穿河隧道极易在断层带发生蚀溃型突涌水灾害。利用pfc3d颗粒流程序对破碎岩体试样随水力梯度增长而发生的突涌水现象进行了细观数值模拟,揭示了试样在渗流过程中一系列细观参数的变化规律。整个突涌水过程可以分为三个阶段:缓慢渗流阶段、突变渗流阶段、及稳定渗流阶段。在缓慢渗流阶段,破碎岩体的质量损失量、孔隙率及渗透系数缓慢增加,颗粒间接触数量缓慢减少;在突变渗流阶段,质量损失量、孔隙率及渗透系数急剧增加,颗粒间接触数量急剧减少;在稳定渗流阶段,质量损失量、孔隙率、渗透系数及颗粒间接触数量基本保持不变。(4)为了评估不同级配的断层带突涌水风险,建立了三组以粗、细料配比为变量的破碎岩体模型,在相同渗流条件下对比突涌水发展过程。结果表明:破碎岩体中的细颗粒含量直接影响着运移和损失规律。细颗粒含量越多,粗颗粒就会随之减少,由骨架颗粒组成的力链网络就会越稀疏,从而导致渗流压力下细颗粒流失严重,即质量流失量越大,孔隙率及渗透系数增长越快,颗粒质量损失率就越高,类似于这种级配的断层破碎带具有较高的突水突泥风险,反之则相对安全。

关键词：岩溶区浅埋穿河隧道突涌水危险性评价工程应用 pfc3d颗粒流数值模拟

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