基于DEM方法的堰塞体形成过程的数值研究

论文摘要

在自然状态下所形成的堰塞湖比较容易破裂,对下游人民群众的生命与财产安全带来严重威胁。在本文当中,针对堰塞体堆积稳定后的形态及颗粒的分布位置进行研究分析,为堰塞体除险、加固等救灾决策提供基础的参考依据。堰塞体的形成本质是滑动颗粒积聚的过程,基于当前研究现状,考虑运动路径、摩擦力的变化和适用性等因素,本文采用离散元方法研究堰塞体堆积性质。本文首先介绍了离散元法的理论内容,然后实验模拟了5组不同密度的砂堆堆积过程,以对颗粒接触参数进行标定,同时建立模型,针对不同坡高、坡角及不同颗粒模型形成堆积体的过程做出模拟,对不同条件下形成的堆积结果形态及颗粒位置进行分析,并对堰塞体堆积稳定的均匀性进行了一定的分析。为了解堰塞体堆在堆积谷底后的情况,本文采用EDEM-FLUENT耦合模型,对堆积颗粒在水流作用时的运动情况进行了基础性的探究,得出如下结论:（1）堆积过程。在相同坡高下,坡角越大,颗粒受到的阻力越小,颗粒下滑的最大速度越大,颗粒堆积稳定用的时间越少。（2）堆积体形态。在坡角相同时,堆积体表面斜率随坡高的增大而增大;在坡高相同时,堆积体表面形态随坡角的增大而由曲线变为直线。（3）堆积结果。大、中颗粒较多的分布于堆积体表面及河谷对岸附近,颗粒下滑速度越大,这种堆积现象越明显。（4）堆积体均匀性。坡角不变,堆积体的均匀度随着坡高的增加而减小;斜坡高度相同,堆积体的均匀度随坡角增大而增大。（5）堰塞体堆积颗粒被水流作用后,大颗粒、中颗粒、小颗粒三者的速度依次减小,且随着流动时间的增加,颗粒速度的差别越大。（6）堰塞体堆积颗粒随着水流运动时间的增加,堆积体形态由集中变成扁平,且形态的高度也逐渐减小。

论文目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 选题背景和研究意义

1.2 堰塞体研究现状

1.3 滑坡的数值方法

1.3.1 有限体积法

1.3.2 DDA法

1.3.3 DAN法

1.3.4 离散单元法综述

1.4 本文主要研究内容

1.5 论文结构

第2章离散单元法及力学模型

2.1 基本原理

2.2 颗粒模型

2.3 运动方程

2.4 离散单元法求解的程序

2.5 本章小结

第3章堰塞体颗粒参数及滑坡模型

3.1 选取颗粒模型

3.2 颗粒参数的选取

3.2.1 属性参数

3.2.2 接触参数

3.2.3 接触模型参数

3.3 颗粒参数标定实验

3.3.1 数值模拟方法

3.3.2 实测实验

3.3.3 结果分析

3.4 颗粒的组成与生成

3.5 选取滑坡模型

3.6 本章小结

第4章堰塞体堆积过程及堆积形态

4.1 堰塞体堆积过程

4.2 堰塞体堆积形态

4.2.1 坡高对堆积表面形态的影响

4.2.2 坡角对堆积表面形态的影响

4.3 本章小结

第5章堰塞体堆积结果及均匀性分析

5.1 堰塞体堆积结果的颗粒相对位置

5.2 堰塞体堆积结果的均匀性

5.2.1 均匀性分析方法

5.2.2 颗粒不同坡角下的分选

5.3 简单球形颗粒对比模拟

5.3.1 堆积形态对比

5.3.2 滑落过程速度对比

5.4 本章小结

第6章基于EDEM-FLUENT耦合的堰塞体堆积颗粒在水流作用下的仿真模拟

6.1 EDEM-FLUENT藕合模型原理

6.2 EDEM-FLUENT模型之间的作用

6.3 时间步长的匹配

6.4 EDEM2.7-FLUEN17.0 耦合过程

6.5 模型与网格及设置

6.5.1 EDEM模型

6.5.2 FLUENT网格

6.5.3 FLUENT设置

6.5.4 耦合设置

6.6 耦合模拟结果与分析

6.7 本章小结

第7章结论与展望

7.1 结论

7.2 主要创新点

7.3 展望

参考文献

致谢

作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王洋海

导师: 顾声龙

关键词: 堆积过程,标定试验,组合颗粒,均匀性,耦合

来源: 青海大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学,地球物理学

单位: 青海大学

基金: 国家自然科学基金(No.51479087),水沙科学与水利水电工程重点实验室开放研究基金(sklhse-2016-C-05),青海大学年中青年科研基金(2017-QGY-7)

分类号: P694;P343.3

DOI: 10.27740/d.cnki.gqhdx.2019.000032

总页数: 97

文件大小: 7290K

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