高位滑坡对建筑集群的冲击破坏时常导致严重的人员伤亡,基于光滑粒子流体动力学-离散元法-有限元法(smoothed particle hydrodynamics-discrete element method-finite element method,SPH-DEM-FEM)耦合的数值模型,开展了高位滑坡对框...高位滑坡对建筑集群的冲击破坏时常导致严重的人员伤亡,基于光滑粒子流体动力学-离散元法-有限元法(smoothed particle hydrodynamics-discrete element method-finite element method,SPH-DEM-FEM)耦合的数值模型,开展了高位滑坡对框架结构建筑群的冲击过程、建筑结构破坏机理、冲击力时程与框架柱关键点应力和弯矩等动力机制研究。研究结果表明:SPH-DEM-FEM耦合数值方法能够有效地模拟碎石土滑坡中土(SPH)石(DEM)混合物的抛射弹跳、爬高绕流冲击运动过程。考虑了常规建筑垂直、平行于滑坡流向的三排建筑组合布局,位于滑坡近端的纵向排列建筑表现为连续性倾倒破坏,横向排列的建筑则呈现整体倾倒破坏;因前排建筑群对滑坡冲击能量的耗散及滑坡自身摩擦耗能,位于滑坡后端建筑表现为引流面墙体和前排柱发生局部破坏,结构保持稳定,损毁程度依次为上游无建筑缓冲耗能的建筑>有横向排列的建筑>有纵向排列的建筑;纵向、横向排列的建筑冲击力衰减幅度分别31%、21%。横向框架建筑整体倾倒的损毁机制表现为框架柱的直接剪断或节点塑形铰链失效;纵向框架建筑连续性倾倒的损毁机制表现为前排框架柱的失效引起后排框架柱轴向压力和极限弯矩增加,持续冲击荷载超过其极限弯矩致使后排框架柱发生弯曲破坏,最终结构倾倒。系统能量在动能、内能和摩擦耗能间转化,其中摩擦耗能占65.5%,结构耗能占23.6%,动能快速下降与内能急剧增加是建筑破坏的关键特征。展开更多
为深入探究洪水在半封闭式地下空间的水流扩散过程,采用光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)与离散单元法(discrete element method,DEM)耦合的方法,研究洪水侵入地下公交车站的动态过程。通过建立物理模型试验及...为深入探究洪水在半封闭式地下空间的水流扩散过程,采用光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)与离散单元法(discrete element method,DEM)耦合的方法,研究洪水侵入地下公交车站的动态过程。通过建立物理模型试验及数值模拟,对SPH-DEM耦合方法进行标定及验证,证明该方法能有效模拟洪水侵入地下空间的物理力学过程。在此基础上,对比分析洪水从地下公交车站站厅层入口和隧道口灌入2种工况下在半封闭式地下空间的扩散演变规律以及不同类型车辆的动力学响应。研究结果表明:1)在半封闭式地下空间中,私家车相较于公交车面临的风险更高;2)车辆周围的建筑环境对疏散逃生具有显著影响;3)车辆的具体位置是影响疏散逃生效率的关键因素。展开更多
泥石流为含有大量泥沙与石块的固液两相混合物,对于山区基础设施安全威胁巨大。在当前的防灾工程中,防护结构常被用于拦截泥石流。然而,目前对泥石流与防护结构的相互作用机理仍缺乏认识。为此,采用耦合的光滑粒子流体动力学(smoothed p...泥石流为含有大量泥沙与石块的固液两相混合物,对于山区基础设施安全威胁巨大。在当前的防灾工程中,防护结构常被用于拦截泥石流。然而,目前对泥石流与防护结构的相互作用机理仍缺乏认识。为此,采用耦合的光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)和离散单元法(discrete element method,DEM)数值模型模拟了水槽试验中含有石块的泥石流运动,其中SPH模拟泥石流中的黏性流体,DEM模拟泥石流中的石块,分析了泥石流对刚性防护结构的冲击过程及冲击力。模拟结果表明,随着水槽倾角由0°依次增长为8°、15°、24°、30°,峰值冲击力增长倍数依次为2.59、4.75、8.88、11.45,倾角越大其峰值冲击力的增长率越大;而随着流体体积的增大,其峰值冲击力增长率也逐渐变大,相较V=0.024 m 3分别增长了0.79倍、1.64倍、3.20倍和4.56倍,但是稳定下来的静态冲击力基本与体积的变化成正比,而石块粒径对峰值水面高程的影响更显著。研究成果为泥石流防护结构的强度设计提供了理论支撑。展开更多
沙湾大沟泥石流位于云南省昆明市寻甸县,发育历史悠久,活动性强,有过多次大规模爆发记录,其原有阶梯型导流槽磨蚀损毁严重,几近失效。因此,为减缓泥石流对原有结构的磨蚀效应,在三期治理工程中提出将导流槽底面设计为“曲面跌水”的特...沙湾大沟泥石流位于云南省昆明市寻甸县,发育历史悠久,活动性强,有过多次大规模爆发记录,其原有阶梯型导流槽磨蚀损毁严重,几近失效。因此,为减缓泥石流对原有结构的磨蚀效应,在三期治理工程中提出将导流槽底面设计为“曲面跌水”的特殊形式,该结构实际运行后效果良好,为进一步研究沙湾大沟泥石流对导流设施的冲击过程及动力响应特征规律,该文引入光滑粒子流体动力学-离散单元法-有限单元法耦合方法(smoothed particle hydrodynamics-discrete element method-finite element method,SPH-DEM-FEM),构建沙湾大沟泥石流导流系统流固耦合模型,对泥石流冲击“曲面跌水”导流设施进行运动过程分析,并与二期原有阶梯型导流槽开展对比研究。结果表明,泥石流冲击“曲面跌水”导流设施过程中导流槽右侧积聚和爬升现象明显,左右两侧峰值速度分别为24.96、17.38 m/s,不同坡度衔接段及出口处水平段受冲击较大,等效应力峰值为722.3 kPa。在相同的工程条件下,曲面型导流槽对泥石流颗粒的减速消能效果更好,在保证排导功能基础上,其使用寿命优于阶梯型导流槽,研究成果为该类型导流槽的设计及应用提供了一定的参考依据及理论支撑。展开更多
文摘高位滑坡对建筑集群的冲击破坏时常导致严重的人员伤亡,基于光滑粒子流体动力学-离散元法-有限元法(smoothed particle hydrodynamics-discrete element method-finite element method,SPH-DEM-FEM)耦合的数值模型,开展了高位滑坡对框架结构建筑群的冲击过程、建筑结构破坏机理、冲击力时程与框架柱关键点应力和弯矩等动力机制研究。研究结果表明:SPH-DEM-FEM耦合数值方法能够有效地模拟碎石土滑坡中土(SPH)石(DEM)混合物的抛射弹跳、爬高绕流冲击运动过程。考虑了常规建筑垂直、平行于滑坡流向的三排建筑组合布局,位于滑坡近端的纵向排列建筑表现为连续性倾倒破坏,横向排列的建筑则呈现整体倾倒破坏;因前排建筑群对滑坡冲击能量的耗散及滑坡自身摩擦耗能,位于滑坡后端建筑表现为引流面墙体和前排柱发生局部破坏,结构保持稳定,损毁程度依次为上游无建筑缓冲耗能的建筑>有横向排列的建筑>有纵向排列的建筑;纵向、横向排列的建筑冲击力衰减幅度分别31%、21%。横向框架建筑整体倾倒的损毁机制表现为框架柱的直接剪断或节点塑形铰链失效;纵向框架建筑连续性倾倒的损毁机制表现为前排框架柱的失效引起后排框架柱轴向压力和极限弯矩增加,持续冲击荷载超过其极限弯矩致使后排框架柱发生弯曲破坏,最终结构倾倒。系统能量在动能、内能和摩擦耗能间转化,其中摩擦耗能占65.5%,结构耗能占23.6%,动能快速下降与内能急剧增加是建筑破坏的关键特征。
文摘为深入探究洪水在半封闭式地下空间的水流扩散过程,采用光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)与离散单元法(discrete element method,DEM)耦合的方法,研究洪水侵入地下公交车站的动态过程。通过建立物理模型试验及数值模拟,对SPH-DEM耦合方法进行标定及验证,证明该方法能有效模拟洪水侵入地下空间的物理力学过程。在此基础上,对比分析洪水从地下公交车站站厅层入口和隧道口灌入2种工况下在半封闭式地下空间的扩散演变规律以及不同类型车辆的动力学响应。研究结果表明:1)在半封闭式地下空间中,私家车相较于公交车面临的风险更高;2)车辆周围的建筑环境对疏散逃生具有显著影响;3)车辆的具体位置是影响疏散逃生效率的关键因素。
文摘泥石流为含有大量泥沙与石块的固液两相混合物,对于山区基础设施安全威胁巨大。在当前的防灾工程中,防护结构常被用于拦截泥石流。然而,目前对泥石流与防护结构的相互作用机理仍缺乏认识。为此,采用耦合的光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)和离散单元法(discrete element method,DEM)数值模型模拟了水槽试验中含有石块的泥石流运动,其中SPH模拟泥石流中的黏性流体,DEM模拟泥石流中的石块,分析了泥石流对刚性防护结构的冲击过程及冲击力。模拟结果表明,随着水槽倾角由0°依次增长为8°、15°、24°、30°,峰值冲击力增长倍数依次为2.59、4.75、8.88、11.45,倾角越大其峰值冲击力的增长率越大;而随着流体体积的增大,其峰值冲击力增长率也逐渐变大,相较V=0.024 m 3分别增长了0.79倍、1.64倍、3.20倍和4.56倍,但是稳定下来的静态冲击力基本与体积的变化成正比,而石块粒径对峰值水面高程的影响更显著。研究成果为泥石流防护结构的强度设计提供了理论支撑。
文摘泥石流作为高破坏性混合流体,其携带的块石对框架结构的冲击机制尚未得到充分研究。为揭示含块石泥石流冲击框架结构的动力响应与损伤机制,基于光滑粒子流体动力学-离散元法-有限元法(smoothed particle hydrodynamics-discrete element method-finite element method,SPH-DEM-FEM)耦合数值方法,构建流体-块石-结构的多耦合数值模型,模拟不同冲击速度和角度下框架结构的损伤过程,并结合两相溃坝试验来验证模型有效性。研究表明:泥石流冲击导致结构损伤经历“接触-扩散-反弹-堆积/冲击”四个阶段,当冲击速度超过6.00 m/s时,结构产生不可恢复损伤,且块石阻隔作用使流体上部冲击力大于下部,引发结构中部最先发生集中损伤;此外,冲击力峰值随速度和角度增大呈非线性增长,10.00 m/s与90°工况下框架柱底冲击力达497.17 kN,超过结构抗冲击承载力;最后,数值模拟与经验公式所得冲击力结果误差在13.95%~29.00%,数量级一致,验证了模型可靠性。研究结果可为泥石流高发区框架结构的抗冲击设计提供参考。
文摘沙湾大沟泥石流位于云南省昆明市寻甸县,发育历史悠久,活动性强,有过多次大规模爆发记录,其原有阶梯型导流槽磨蚀损毁严重,几近失效。因此,为减缓泥石流对原有结构的磨蚀效应,在三期治理工程中提出将导流槽底面设计为“曲面跌水”的特殊形式,该结构实际运行后效果良好,为进一步研究沙湾大沟泥石流对导流设施的冲击过程及动力响应特征规律,该文引入光滑粒子流体动力学-离散单元法-有限单元法耦合方法(smoothed particle hydrodynamics-discrete element method-finite element method,SPH-DEM-FEM),构建沙湾大沟泥石流导流系统流固耦合模型,对泥石流冲击“曲面跌水”导流设施进行运动过程分析,并与二期原有阶梯型导流槽开展对比研究。结果表明,泥石流冲击“曲面跌水”导流设施过程中导流槽右侧积聚和爬升现象明显,左右两侧峰值速度分别为24.96、17.38 m/s,不同坡度衔接段及出口处水平段受冲击较大,等效应力峰值为722.3 kPa。在相同的工程条件下,曲面型导流槽对泥石流颗粒的减速消能效果更好,在保证排导功能基础上,其使用寿命优于阶梯型导流槽,研究成果为该类型导流槽的设计及应用提供了一定的参考依据及理论支撑。
