法向力作用接触冲刷试验及计算模拟研究

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接触冲刷破坏是渗透破坏的一种基本形式,它主要反映流体沿着两种不同介质的接触面流动时,把其中颗粒层的细粒带走的过程。据水利部调查统计,在水利工程事故中由渗透破坏所引起的安全事故占了很大的比例,这就使得对渗透破坏尤其是接触冲刷破坏的系统性研究显得极为重要。但由于接触冲刷问题的复杂性,至今人们对接触冲刷的发生机理、发展条件、发展过程以及辨别方法等问题仍没有很好的解决。本文以试验研究为基础,数值模拟为手段,采用室内试验和数值模拟相结合的研究方法,并将研究成果应用于实际工程问题的分析中。本文主要从事研究的内容与取得的成果如下: (1)综述了国内外对接触冲刷问题的研究成果与主要发展方向,在此基础上提出了本文重点研究的问题。借鉴前人的研究思想和研究方法,本文最终确立了以试验研究为基础,结合理论分析的研究思路。 (2)进行接触冲刷试验仪器的设计,仪器设计的创新点表现为考虑施加接触面法向压力,最终获得不同法向压力作用下接触面渗流描述关系,这是以往的接触冲刷试验所没有考虑过的。 (3)应用泥沙运动理论和岩石裂隙流体理论简单分析了接触冲刷破坏的机理。 (4)开展室内模拟试验和试验数据分析。针对完整地基进行了9组近17个试样的接触冲刷试验,开裂地基进行了5组近13个试样的接触冲刷试验。根据试验数据,分析了接触冲刷破坏的发生规律,及填筑条件、围压、渗流出口侧反滤保护对接触冲刷破坏的影响。 (5)运用有限单元法对接触冲刷试验进行了数值模拟研究,总结了不同裂缝开度、不同试验水头下水力梯度、渗流场变化规律。通过对试验结果与数值模拟结果的比较,验证了计算模型和算法的正确性。 (6)将上述的研究成果应用于大渡河双江口水电站的大坝及枢纽区渗控模型计算分析研究中。通过计算分析,对高心墙堆石坝的安全和稳定性作出了评价,并提出了适当的建议,为工程的设计和施工提供参考依据。 (7)总结了尚未解决的问题,提出了展望。
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