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基于SPH-DEM-FEM方法的高位滑坡冲击框架建筑群损毁机制研究
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作者 樊晓一 邓鑫 +3 位作者 刘欢 夏贵平 宋嘉麒 杨居颐 《振动与冲击》 北大核心 2025年第15期235-248,288,共15页
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
关键词 光滑粒子流体动力学-离散元法-有限元法-(sph-dem-fem) 高位滑坡 框架结构建筑群 损毁机制 动力机制
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沙湾大沟泥石流冲击曲面导流设施动力过程研究
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作者 郭婷婷 汪木林 +3 位作者 杨宏 陈晗 罗江 张晨旭 《自然灾害学报》 北大核心 2025年第6期46-61,共16页
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
关键词 沙湾大沟泥石流 导流设施 sph-dem-fem耦合方法 动力过程
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Impact dynamics of debris flow with entrained material on frame structure
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作者 LI Bailong WANG Huayan +1 位作者 LI Yanying LI Xiangling 《Journal of Mountain Science》 2025年第12期4523-4539,共17页
To evaluate the dynamic interactions between debris flows,entrained material sources,and infrastructure in the Naojiao Gully watershed of Beijing,and to develop a predictive framework for mitigating geohazard risks th... To evaluate the dynamic interactions between debris flows,entrained material sources,and infrastructure in the Naojiao Gully watershed of Beijing,and to develop a predictive framework for mitigating geohazard risks through energy-based strategies,debris flow dynamics are investigated,a coupled SPH-DEM-FEM multiscale model integrating fluid dynamics(SPH),granular mechanics(DEM),and structural mechanics(FEM)is developed to simulate debris flow propagation,material source behavior,and frame structure responses,and to capture cross-scale failure mechanisms.Key findings include the identification of a critical flow velocity threshold of 12 m/s,beyond which solid-phase kinetic energy dominates,inducing 60%-75%capacity loss in central columns via through-cracking.Furthermore,a novel compound failure criterion is proposed based on the solid-liquid energy proportion.The model achieves a boulder impact force prediction error of only 5.47%,significantly outperforming empirical methods in cross-scale accuracy.An optimized 0.3 m layered configuration experimentally reduces impact pulse peaks by 57%through directed energy redistribution,thereby shifting mitigation strategies from structural reinforcement to media modulation.These results establish a robust framework for quantifying failure thresholds,enhancing predictive precision,and innovating energy-based mitigation.By bridging multiscale modeling gaps in geohazard analysis,this study provides actionable insights for infrastructure resilience in debris flow-prone regions through energycentric design principles. 展开更多
关键词 sph-dem-fem coupling Source material Dynamic response Frame structure
原文传递
波浪作用下斜坡上护面块体应力分布的数值模拟 被引量:2
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作者 冯卓 姜峰 +1 位作者 任冰 金钊 《水道港口》 2013年第6期501-507,共7页
文章基于SPH方法和FEM/DEM方法建立了SPH-FEM/DEM的二维流固耦合数值模型,模拟了在波浪荷载作用下斜坡上的护面块体内部的应力分布。结构物的水动力条件采用SPH方法模拟,结构物边界采用虚粒子模拟,护面块体结构的受力、运动和变形采用FE... 文章基于SPH方法和FEM/DEM方法建立了SPH-FEM/DEM的二维流固耦合数值模型,模拟了在波浪荷载作用下斜坡上的护面块体内部的应力分布。结构物的水动力条件采用SPH方法模拟,结构物边界采用虚粒子模拟,护面块体结构的受力、运动和变形采用FEM/DEM方法模拟。不同块体间的接触力采用基于势函数的罚函数法来计算,采用中心差分的显式方法来求解有限元单元的变形。应用ANSYS软件和数值模型对静水压力作用下的混凝土方块的内部应力分布进行了比较模拟分析,验证了所建立的耦合数学模型。通过数值计算给出了波浪作用下位于斜坡上的护面块体的动水压力和块体内部的应力分布,讨论了块体内不同角点位置处的应力变化特性。 展开更多
关键词 护面块体 应力 SPH FEM DEM
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