天然土層和土工構(gòu)筑物中廣泛存在著斷級配土,例如,河流沉積的砂礫土、土石壩反濾層與防滲體構(gòu)成的濾層-土基系統(tǒng)以及油氣開采時礫石防砂層與儲層砂構(gòu)成的濾層-土基系統(tǒng)。在滲流作用下,斷級配土內(nèi)部易發(fā)生細顆粒在粗骨架內(nèi)的運移,引起土體細顆粒流失、優(yōu)勢滲流通道形成和土體強度弱化,進而誘發(fā)壩基管涌破壞、土石壩防滲體沖蝕以及礫石層防砂失效等重大工程災(zāi)害。滲流引起斷級配土細顆粒運移機理涉及顆粒尺度的顆粒-顆粒相互作用以及粗骨架孔隙尺度的顆粒-流體耦合,物理試驗和基于宏觀本構(gòu)的數(shù)值模擬難以深入理解上述細觀機理。離散元（DEM）從顆粒尺度建模巖土體,基于離散元的顆粒-流體耦合分析方法為認識上述細觀機理提供了有效的數(shù)值工具。然而,目前離散元中巖土顆粒細觀參數(shù)的確定較為困難,現(xiàn)有的巖土顆粒細觀參數(shù)標定方法未充分考慮細觀參數(shù)之間的交互影響,導(dǎo)致參數(shù)標定過程需反復(fù)試錯,耗時且準確性差。另一方面,現(xiàn)有基于離散元的顆粒-流體耦合分析方法無法兼顧流場求解尺度和耦合計算負擔(dān),限制了其在細顆粒運移模擬分析中的應(yīng)用。針對上述問題,基于土工三軸試驗和離散元模擬,在細觀參數(shù)標定過程中考慮細觀參數(shù)的交互影響�；陔x散元和計算流體動力... 

【文章來源】：大連理工大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：260 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１斷級配土的典型級配曲線示意圖??

粒－流體耦合：在粗骨架孔隙滲流作用下，斷級配土內(nèi)細顆粒在粗骨架孔隙中發(fā)生運動??和遷移，造成細顆粒流失，同時，細顆粒之間以及細顆粒與粗骨架之間發(fā)生相互作用，??引起粗骨架局部孔隙阻塞（圖１．３）?？，另一方面，隨著斷級配土內(nèi)細顆粒的運移和流失，??粗骨架孔隙流體向細顆粒流失區(qū)域匯集，骨架孔隙內(nèi)逐漸形成優(yōu)勢孔隙滲流（圖１．３）［１３］。??然而，目前關(guān)于斷級配土內(nèi)細顆粒運移的研宄多是基于宏觀尺度的試驗觀測和唯象描述。??例如，對土體是否發(fā)生管涌的判斷以及管涌臨界水力梯度的預(yù)測大多依賴于土體的宏觀??級配曲線［１３，１７＿１９］；類似地，礫石層防砂設(shè)計準則以及出砂預(yù)測模型多基于礫石層和地層??

直接測量法通過顆粒尺度的室內(nèi)試驗直接測量單個顆粒的細觀參數(shù)。Ｄｕｔｔ等［５７］采用??納米壓痕試驗［５８］測量了一種石英砂一一Ｏｔｔａｗａ砂顆粒的楊氏模量。在納米壓痕試驗中??（見圖１．４），首先對砂顆粒進行切片和拋光處理，在砂顆粒上產(chǎn)生拋光面；然后，采??用特定壓頭垂直貫入砂顆粒拋光面一定深度后卸載，根據(jù)壓頭卸載的力－位移曲線（圖??１．４（ｂ））獲得砂顆粒的楊氏模量。Ｄｕｔｔ等［５７］對Ｏｔｔａｗａ砂顆粒進行測試，獲得其楊氏模量??平均值為１０５?ＧＰａ；然而，由于試驗操作繁瑣且耗時，Ｄｕｔｔａ等僅測試了?１０個砂顆粒，??結(jié)果不具有代表性。Ｗａｎｇ等［５９］通過納米壓痕試驗測試了另一種石英砂一一Ｅｇｌｉｎ砂顆粒??的楊氏模量。試驗中測試了６組不同粒徑區(qū)間內(nèi)的顆粒，對每一組粒徑區(qū)間內(nèi)的顆粒進??行了近１００組的納米壓痕測試。結(jié)果顯示，Ｅｇｌｉｎ砂的楊氏模量在３０？１２０?ＧＰａ范圍內(nèi)??變化，數(shù)值上存在一定波動；Ｗａｎｇ等［５９］分析認為砂顆粒內(nèi)部的缺陷可能對試驗結(jié)果產(chǎn)??生一定影響，引起結(jié)果的波動。類似的研宄還見于Ｅｒｄｏｇａｎ等［６（）］和又１１等［６１］。目前看來，??由于試驗手段的局限性

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]基于局部平均的DEM-SPH耦合數(shù)值模擬及GPU并行計算[D]. 李浩林.大連理工大學(xué) 2018
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本文編號：3006831