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河岸崩塌机理及其流固耦合模型研究

黄河  
【摘要】: 由于水流和岸坡的相互作用而使岸坡失稳的自然现象叫做河岸崩塌,崩岸往往酿成重大险情,严重威胁着两岸人民的生命和财产安全。长期以来,国内外不少专家学者对河岸崩塌进行过研究,目前,对崩岸的认识在很大程度上仍处于经验阶段,对崩岸机理尚缺乏较系统的研究。本文在前人研究的基础上,对崩岸的机理、岸坡内渗流场的仿真分析、渗流场应力场耦合模型、耦合情况下的河岸稳定分析和各影响因素的敏感性分析等问题开展了较为深入的研究。主要研究内容如下: (1)归纳总结了崩岸的成因类型及其特点,研究了水流、岸坡组成、地下水位等因素对河岸稳定的影响机理。 (2)基于强度折减法,并结合一典型算例,对其进行稳定分析,此外,还对崩岸的主要影响因素进行了敏感性分析,结果表明,坡角的敏度度最大,内摩擦角最小,粘聚力介于其中。 (3)基于渗流的基本理论,建立了渗流的分析模型,并结合算例,对其进行渗流场仿真分析。 (4)基于Biot固结原理和有效应力原理,较系统地研究了渗流场和应力场相互作用的机制,阐述了基于有限差分法的渗流场和应力场耦合数学模型。结合典型算例,对其进行了数值模拟,较为深入地研究了两场耦合的过程;对耦合情况下的河岸稳定影响因素进行了敏感性分析,结果表明:坡角的敏感度在耦合情况下变化最大。此外,还对河岸在流固耦合情况下的稳定进行了研究,分析了在不同坡角、不同内水位差、不同土质条件下的稳定情况,绘制了河岸崩塌的预测曲线,该曲线可用于指导工程实践。


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