粗粒土渗透淤堵作用的颗粒流数值模拟

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基于PFC3D的粗粒土三轴试验细观数值模拟

基于PFC3D的粗粒土三轴试验细观数值模拟一、本文概述随着计算机技术的快速发展和数值模拟方法的日益成熟，离散元方法（Discrete Element Method, DEM）在岩土工程领域的应用越来越广泛。

PFC3D（Particle Flow Code in 3 Dimensions）作为一款基于DEM的三维颗粒流数值模拟软件，以其独特的细观模拟能力，在粗粒土三轴试验的数值模拟中展现出显著优势。

本文旨在探讨基于PFC3D的粗粒土三轴试验细观数值模拟的关键技术、方法及其在工程实践中的应用价值。

本文首先介绍了粗粒土三轴试验的基本原理及其在岩土工程中的重要性，随后详细阐述了PFC3D软件的基本原理及其在粗粒土细观数值模拟中的适用性。

在此基础上，文章重点探讨了基于PFC3D的粗粒土三轴试验数值模拟的建模方法、参数标定以及模拟结果的分析与验证。

文章还结合具体工程案例，分析了数值模拟结果与实际工程问题的关联，并探讨了数值模拟在粗粒土工程稳定性分析、优化设计等方面的应用前景。

本文旨在为从事岩土工程数值模拟的研究人员、工程师和研究生提供一种基于PFC3D的粗粒土三轴试验细观数值模拟的有效方法和技术支持，推动离散元方法在岩土工程领域的应用和发展。

二、PFC3D软件简介PFC3D（Particle Flow Code in 3 Dimensions）是一款专门用于模拟颗粒介质行为的三维离散元分析软件。

该软件由Itasca公司开发，自推出以来，凭借其强大的模拟能力和灵活的自定义选项，在岩土工程、地质工程、颗粒物质力学等领域得到了广泛的应用。

PFC3D基于离散元方法（Discrete Element Method, DEM）进行模拟，其核心思想是将介质视为由一系列离散、独立的颗粒组成，颗粒之间通过接触模型来定义相互作用。

这种方法特别适用于处理颗粒形状不规则、大小不均以及颗粒间存在复杂相互作用的问题，如粗粒土的力学行为。

粗粒土三轴试验颗粒流细观参数敏感性分析

应力，有效模量为 1000kPa 时，在应变
基金项目：
关键词：颗粒流；粗粒土；三轴试验；敏感性分析
安徽省交通控股集团科技项目No.2021014
散单元法 PFC、UDEC、3DEC 等，充分
大提高 [12] 。因此，本文基于典型的颗
文章编号：1007-7359（2021）09-0224-03
考虑了岩土材料的非连续性，可以有效
定性分析了宏观和细观参数之间的关系。结果表明，试样峰值应力随着围压和摩擦系
学道路桥梁与渡河工程专业，本科，工程师。
数的增大而增大；弹性模量随着有效模量的增加而增加；刚度比对试样的泊松比影响较
专业方向：交通工程。
大；颗粒形状对试样的峰值应力影响较大，不规则颗粒试样的峰值应力比球体颗粒的更
大。研究结果对粗粒土三轴试验离散元模拟的参数标定提供了一定的指导意义。
粒离散元软件 PFC 就室内粗粒土三轴
DOI:10.16330/ki.1007-7359.2021.09.097
解决上述问题，因此也越来越受到重
试验建立了离散元模型，并对其细观
视，成国文等 [1] 通过三维空间随机点生
引言
参数进行了敏感性分析，得到了一些
算求解。在 PFC 中，材料的本构特性是
通过接触本构模型来模拟的。PFC5.0
中提供了 10 种内嵌的接触模型，常用的
接触本构模型有线性接触模型、接触黏
结模型和平行粘结模型。当模拟土体
时，一般选用线性接触模型，这类模型的
特点是抗压、抗剪，但不抗拉；当模拟岩
数的敏感性分析。

两相流数值模拟大作业

颗粒拟流体模型中的颗粒拟流体的静压力、颗粒相的切应力的各种表达方法、物理基础、优缺点1.颗粒拟流体模型的简介：颗粒拟流体模型又叫多流体（双流体）模型。

该模型将弥散颗粒相与连续流体相看作是连续介质，对颗粒相的处理方法与对连续介质相的处理方法类似，认为颗粒相是欧拉坐标系中与连续相流体相互渗透的一种“假想”流体，称为拟流体。

因此，这种模型又叫做颗粒拟流体模型。

该模型不仅考虑连续流体相与颗粒相之间存在的显著速度滑移和温度滑移，并且认为这种滑移与颗粒相的扩散是两种完全不同的作用，而且颗粒相的扩散是独立于流体相扩散之外的另一种运动特性。

该模型还引入了颗粒相粘性、扩散和导热系数这些与连续流体类似的物理性质。

颗粒拟流体模型的基本假设包括：（1）在流场中弥散颗粒相与连续流体相共存并且相互渗透，连续流体相和弥散相在计算区域中的任何一点共存，占据同一空间，但分别具有各自的速度、浓度、温度和体积分数等，而且在每个计算单元内只有一个值；若是将颗粒相按尺寸分组，则每个尺寸组的颗粒具有相同的速度和温度。

（2）在做体积平均后，每一尺寸组的颗粒相在空间中具有连续的速度分布、温度分布和容积分数的分布。

（3）每一个尺寸组的颗粒相除了与连续流体相具有质量、动量和能量间的相互作用之外，还具有自身的湍流脉动，并由此造成颗粒相自身的质量、动量和能量的湍流运输，因而具有其自身的湍流粘性、扩散和导热等湍流输运性质；对于稠密颗粒悬浮体，颗粒相之间的碰撞还会引起附加的颗粒粘性、扩散和热传导；因此，颗粒相具有类似于连续流体相的“拟”物理性质。

（4）弥散颗粒相可按初始尺寸分布分为不同的群组。

（5）连续流体相和颗粒相都在欧拉坐标系内描述，因此该模型也称为“双流体模型”，也叫“欧拉-欧拉模型”。

颗粒拟流体模型的基本方程组包括下述一些方程。

连续流体相的连续方程∂ρ∂t +∂∂x j(ρv j)=S=−∑n k m k弥散颗粒相的连续方程∂n k ∂t +∂∂x j (n k v kj )=∂∂x j (v k σk ∂n k ∂x j) 连续流体相动量方程∂∂t (ρv j )+∂∂t (ρv j v i )=−∂p ∂x i +∂∂x j [μe (∂v i ∂x j +∂v j ∂x i)]+ ρg i +∑ρk (v ki −v i )τrk +v i S +F Mi ⁄ 弥散颗粒相动量方程∂∂t (n k v ki )+∂∂x j (n k v kj v ki)=n k (v i −v ki )τrk +n k g i ⁄ +(v i −v ki )n k m k m k +F k,Mi m k +∂∂x j [v k n k (∂v kj ∂x i +∂v ki ∂x j )]⁄⁄+∂∂x j [v k σk (v kj ∂n k ∂x i +v ki ∂n k ∂x j)] 连续流体相能量方程∂∂t (ρc p T)+∂∂x j (ρv j c p T)=∂∂x j (μe σT ∂T ∂x j)+w s Q s −q r +∑n k Q k +C p TS 弥散颗粒相能量方程∂∂t (n k c k T k )+∂∂x j (n k v kj c k T k)=n k (Q h −Q k −Q rk )m k ⁄ +(c p T −c k T k )n k m k m k +⁄∂∂x j (v k σk n k c k ∂T k ∂x j )+∂∂x j (v k σk c k T k ∂n k ∂x j ) 流体的组分方程∂∂t (ρY s )+∂∂x j (ρv j Y s )=∂∂x j (μe σY ∂Y s ∂x j)−w s +αs S 颗粒拟流体模型的主要特点是，可全面考虑颗粒的湍流运输。

管涌现象细观机理的模型试验与颗粒流数值模拟研究

管涌现象细观机理的模型试验与颗粒流数值模拟研究一、本文概述管涌现象，作为一种在土壤或岩石介质中常见的流动现象，对于理解地下水流、土壤侵蚀、地质工程稳定性等问题具有重要意义。

近年来，随着计算机科学和数值方法的快速发展，对管涌现象的细观机理进行模型试验和颗粒流数值模拟研究逐渐成为研究热点。

本文旨在通过系统的模型试验和颗粒流数值模拟，深入探讨管涌现象的细观机理，以期为相关领域的研究和实践提供新的视角和工具。

本文首先通过文献综述，回顾了管涌现象的研究历程和现状，总结了目前研究中存在的问题和挑战。

在此基础上，设计了一系列模型试验，以模拟不同条件下的管涌过程，观察和分析管涌现象的发生、发展过程以及影响因素。

同时，利用颗粒流数值模拟方法，建立管涌现象的数值模型，对管涌过程中的颗粒运动和流动行为进行深入分析。

本文的研究内容主要包括以下几个方面：一是设计并开展管涌现象的模型试验，包括试验装置的设计、试验材料的选取、试验过程的控制等；二是利用高速摄像和图像处理技术，对模型试验中的管涌过程进行定量和定性分析，揭示管涌现象的细观机理；三是建立管涌现象的颗粒流数值模拟模型，通过模拟不同条件下的管涌过程，验证模型的准确性和可靠性；四是对比分析模型试验和数值模拟的结果，深入讨论管涌现象的影响因素和发生机制，提出相关理论假设和模型修正建议。

本文的研究成果将为深入理解管涌现象的细观机理提供新的方法和视角，有助于推动相关领域的研究进展和实践应用。

本文的研究方法和技术手段也可为其他类似问题的研究提供借鉴和参考。

二、管涌现象概述管涌是土壤或岩石介质在渗流作用下的一种特殊现象，主要发生在松散介质中，如砂土、砾石层等。

当渗流速度超过某一临界值时，介质中的细小颗粒会被渗流携带走，形成管涌通道。

这些通道会逐渐扩大，并可能连接成网络，严重威胁到工程的安全。

管涌现象的发生通常伴随着一系列复杂的物理化学过程，包括颗粒间的应力变化、孔隙水压力的分布与变化、颗粒间的摩擦和碰撞等。

粗粒土三轴试验的细观模拟

著。研究意义在于从细观角度揭示影响粗粒土强度的因素，突破了常规三轴试验的局限性。
关键词：粒土；三轴试验；细观模拟；颗粒形状粗
中图分类号：Ｕ４Ｔ４１
文献标识码：Ａ
文章编号：０５９５２１）４０２－６２９－８（０１０－０４００
收稿日期：０ｌ３—４修回日期：０１１，１２１４９１２１－Ｏ３
ＰＣＦ为工具，根据粗粒料的级配曲线自编程得到数值模型，从细观角度分析了颗粒摩擦系数，粒颗问黏结力，并着重分析了颗粒形状等因素对粗粒
第２８卷第４期
２１年ｌ０１２月
土
木
工
程
与
管
理
学
报
Ｖｏ．８ＮＯ４１２．
Ｄｅ．ｃ２０１１
ＪｕｎｌｏｉｉＥｇｎｅｉｇａｄＭａａｅｎｏｒａｆＣｖｌｎｉｅｒｎｎｇｍｅｔｎ
粗粒土三轴试验的细观模拟
土强度的影响。
１三维颗粒流基本理论
１１ＰＣ基本原理．Ｆ
作者简介：耿丽（８．，河南商丘人，１６）女，９硕士研究生，研究方向为岩土工程数值计算及细观力学数值模拟（ｍｉｌｅｇｌ６．ｒＥａ：ｇ＿＠１ｃ）ｌｉｎｇ３ｏｎ
粗粒土细观结构的复杂性和不确定性是对其力学行为进行准确描述的最大障碍，组成粗粒土的颗粒之间的相互作用及排列方式都影响着粗粒

土的渗透性及渗流

3.3.2 不同土渗透3.3系土的渗透系数数的范围
1、P37，表3-2. 2、卡萨哥兰德三界限值
K=1.0cm/s为土中渗流的层流与紊流的界限； K=10-4cm/s为排水良好与排水不良的界限，也是对应于发生管涌的敏感范围； K=10-4cm/s大体上为土的渗透系数的下限。
3、在孔隙比相同的情况下，粘性土的渗透系数一般远小于非性土。
水井渗流
Q
天然水面
不透水层
透水层渗流量
渠道渗流
原地下水位
渗流量
渗流时地下水位
渗流滑坡
渗流滑坡
板桩围护下的基坑渗流板桩墙
基坑
透水层不透水层
渗水压力渗流量渗透变形扬压力
土石坝坝基坝身渗流防渗斜墙及铺盖
不透水层
土石坝
浸润线
渗流量
透水层渗透变形
本章研究内容
土的渗流土的变形土的强度
讨论 ❖ 砂土、粘性土：小水流为层流，渗透规律符合
达西定律，-i 为线性关系
❖ 粗粒土： i 小、大水流为层流，渗透规律符合达西定律，-i 为线性关系 i 大、大水流为紊流，渗透规律不符合达西定律，-i 为非线性关系
3.3.1 渗透系数的3.3 土的渗透系数
影响因素1
1、孔隙比
v
nvs
e 1 e
素2
3、土的饱和度
土的饱和度愈低，渗透系数愈小。因为低饱和土的孔隙中存在较多气泡会减小过水面积，甚至赌塞细小孔道。
4、温度
渗透系数k实际上反映流体经由土的孔隙通道时与土k颗20 粒k间T 摩T 擦20力或粘滞滞T系、性数2。，0分可别而查为流表T℃体和2的0℃粘时水滞的性动力与粘其温度有关。试验测得的渗透系数kT需经温度修正（P36,表3-1）

粗粒土渗透特性影响因素及渗透规律试验研究

粗粒土渗透特性影响因素及渗透规律试验研究作者：李文波来源：《价值工程》2013年第36期摘要：影响粗颗粒土渗透特性的因素有很多。

通过室内渗透试验，采用不同的试验条件，研究了粗颗粒土的干密度ρd、细料含量P5、孔隙比e和不均匀系数Cu对渗透系数的影响，分析了粗颗粒土的干密度ρd、细料含量P5、孔隙比e和不均匀系数Cu与渗透系数之间的关系，建立了粗颗粒土的干密度ρd、细料含量P5、孔隙比e和不均匀系数Cu与渗透系数之间的关系式。

Abstract： Many factors have influence on permeability of coarse-grained soil. By the results of seepage tests and byusing different test conditions， the paper studies on the influence of coarsegranular soil dry density ρd， fines content P5， void ratio e and nonuniform coefficient Cu to the permeability coefficient，analyzesthe relation between coarse granular soil dry density ρd， fines content P5， void ratio e， nonuniform coefficient Cu and permeability coefficient. Thus there isa relational expression between coarse granular s oil dry density ρd， fines content P5， voidratio e，nonuniform coefficient Cu and permeability coefficient.关键词：粗颗粒土；干密度；细料含量；孔隙比；不均匀系数；渗透系数；渗透规律Key words： coarse-grained soil；dry density；fine content；void ratio；nonuniform coefficient；permeability coefficient；seepage regulation中图分类号：TV443 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）36-0105-030 引言粗颗粒土是按工程分类标准定名的一类土，不同的国家和部门，其划分标准不同，并存在一定的差异。

第三章土的渗透性总结

kjH j
层状地基的水平等效渗透系数
34
已知条件: v j = v
Δh = ∑ Δhj H = ∑ H j
达西定律: vj = kj (Δhj / Hj )
v = kz (Δh / H )
等效条件:
Δhj
=
vHj kj
Δh
=
vH kz
∑ ∑ vH
kz
=
Δ
=
= vHj kj
∆h
d=1.0
z
v k1 H1
层状地基的等效渗透系数
33
已知条件:
ij
=
i
=
Δh L
H =∑Hj
达西定律: qx=vxH=kx i H Σqjx=Σkj ij Hj
∑ 等效条件: qx = q jx
∆h
x
1
d=1.0
2
q1x k1 H1 q2x k2 H2 q3x k3 H3
kx H
1
L
2
等效渗透系数:
∑ k x
=
1 H
渗透速度v：土体试样全断面的平均渗流速度，也称假想
渗流速度 v < vs =v n
其中，Vs为实际平均流速，孔隙断面的平均流速
适用条件
层流（线性流）
v
——大部分砂土，粉土；疏松的粘土及
砂性较重的粘性土
vcr
两种特例粗粒土：
o
砾土
①砾石类土中的渗流不符合达西定律
v = kim (m < 1)
i
②砂土中渗透速度
• 渗流量 • 扬压力 • 渗水压力 • 渗透破坏 • 渗流速度 • 渗水面位置
水头与水力坡降土的渗透试验与

土的渗透性和渗流问题

VL k
Aht
适用土类：透水性较大的砂性土
• 室内试验方法1—常水头试验法
18
• 室内试验方法2—变水头试验法试验装置：如图试验条件: Δh变化，A，L=const 量测变量: Δh ，t
适用：透水性较小的粘性土
h1
Q 土样 L A
t=t1
t=t2
h2 水头测管开关
a
19
• 室内试验方法2—变水头试验法
cr
1 e
39
2.形成条件流土
无压重时： i < icr : i > icr : i = icr :
土体处于稳定状态土体发生流土破坏土体处于临界状态
经验判断：
i i icr
Fs
[ i ] : 允许坡降
Fs: 安全系数1.5～2.0
40
管在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小涌颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，
Δh=0 静水中，土骨架会受到浮力作用。 Δh>0 水在流动时，水流受到来自土骨架的阻力，同时流动的孔隙水对土骨架产生一个摩擦、拖曳力。渗透力 j ——渗透作用中，孔隙水对土骨架的作用力，方向与渗流方向一致。
31
j
2、物理本质
土粒
渗流
ab
贮水器 hw L 土样
0
Δh h1
h2
0 滤网
32
3、计算方法土水整体分析
4
土石坝坝基坝身渗流
防渗斜墙及铺盖
不透水层
三方面的
土石坝
问题
浸润线
渗流量
透水层渗透破坏
渗流控制
土的渗透变形:流土、管涌、接触冲刷、接触流失
1、流土：在向上的渗透作用下，表层局部土体颗粒同时发生悬浮移动的现象

【国家自然科学基金】_颗粒流数值模拟_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802

2008年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
推荐指数 8 6 3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
科研热词颗粒流数值模拟垮落区注浆充填鱼洗风速廓线风沙流颗粒离散元法颗粒破碎颗粒流动力学理论颗粒流动颗粒材料颗粒旋转颗粒形状随机计算模型铁磁颗粒诱发各向异性细观组构细观模型试验细观力学组构各向异性管涌机制离散单元方法离散元离心模型试验离心机磁场碎石砂土滚筒流固耦合流化床气固两相流模式形成模块式球床反应堆椭圆团颗粒桩-土相互作用条带开采散体介质理论振动台拜格诺结抗滑桩应力-应变关系并行计算平面应变试验平均接触数多向荷载堆石料垂向加载效应土拱效应土力学合理桩间距压实特征
科研热词数值模拟颗粒流模型试验细观力学饱和砂土颗粒流法颗粒流动颗粒流(pfc) 颗粒材料颗粒动理学静压桩阻塞边坡失稳被动桩细观组构参量细观模拟细观离散颗粒模型离散单元法离散元数值模拟离散元离心模型试验破岩机制破坏特征砂土液化滚刀液化流固耦合沉桩过程桩土接触特征松散堆积体摩擦力摩擦-动力应力模型搅拌桩振动台试验挤土效应拉拔接触面成拱循环荷载影响因素强夯干砂常体积循环双轴试验大三轴试验堆石料基坑开挖坑底隆起地震荷载地表沉降土石坝土拱效应土坡稳定

流体_颗粒系统数值模拟的EDEM_Fluent解决方案

流体－颗粒系统数值模拟的 FLUENT－EDEM 解决方案北京海基科技发展有限公司2009 年 6 月 24 日一、概述绝大多数固态物质的个体是以颗粒状的外形存在的，即：有特定的尺寸和形状，与外界有有限的边界。

自然界中的矿石，种子，沙粒，工业产品中的药片、糖果等都是典型的颗粒。

通常，无论是在自然界，还是人类生产实践中，都会涉及到了流体与颗粒相互作用（包括：质量交换、动量交换和能量交换等）。

如：沙尘暴，水土流失，农作物的干燥，工业上使用的各种流化床，旋流分离器以及气力输运设备等。

研究这种相互作用，对人们的生产生活有着重要意义：不仅为提高生产力，更能为改善人类的生存环境提供指导依据。

我们将涉及流体流动换热和颗粒运动的体系称为“流体-颗粒系统” 。

该类系统的研究难点在于： 1. 流体本身就具有形态不固定，变化无常，难于观察和测量的特点； 2. 大量颗粒进行相互碰撞：不同时刻和位置，每个颗粒的运动、受力情况都有所不同； 3. 流体与颗粒相互影响，形成强烈的耦合作用，更加大了系统的复杂度。

在以往的研究中，实验研究占很大的比重，主要通过测定或统计的方法来获取系统的宏观指标。

另一些则是通过模型简化，进行机理性的研究。

随着计算机技术和数值算法的发展，越来越多的科学家和研究人员投入到数值仿真的研究中来，FEA（有限元分析）方法和 CFD（计算流体力学）技术成为应用力学中发展最为迅速、活跃的分支。

针对流体-颗粒系统的数值模拟研究，主要采用基于 CFD 方法的多相流技术和 CFD-DEM 耦合方法。

二、气固（液固）两相流技术发展状况在研究初期，由于没有很好的描述颗粒系统的计算模型，人们更倾向于以研究流体为切入点（研究该类系统的科学家和研究人员通常是流体力学专业出身），将系统中大量的颗粒假设为一种准流体——颗粒流，从而产生了气固（液固）两相流技术。

气固两相物质所组成的流动系统称为气固两相流系，其中气相通常以连续相形式出现，固相以颗粒或团块的形式处于气相中。

粗粒土渗透试验缩尺原则与方法探讨

粗粒土渗透试验缩尺原则与方法探讨粗粒土渗透试验缩尺原则与方法探讨渗透试验是土力学实验中常用的试验方法之一，它用于研究土壤在水力作用下的渗透特性。

而对于粗粒土，其颗粒大小较大，渗透特性与细粒土有明显区别。

因此，针对粗粒土的渗透试验需要缩小试验尺度，以避免试验过程中颗粒间的重力损失影响各项渗透参数的精确测定。

本文就粗粒土渗透试验缩尺原则与方法进行探讨。

一、缩尺原则对于细粒土而言，由于颗粒间距较小，渗透试验可以采取相对较大的试验尺度。

而粗粒土则因颗粒较大，渗透孔径较小，容易使颗粒在孔道内移动，进而影响渗透特性的准确测定。

因此，对于粗粒土的渗透试验应视颗粒大小及粗细系数的不同，考虑采用适当的缩尺原则。

1.缩后深度缩尺试验时，缩小的尺度应当是线性尺度。

由于渗透试验涉及到孔隙水压的分布，因此渗透试验的缩小尺度需要考虑到孔间距离与孔径的比例。

我们可以通过 Klinkenberg 与 Kozeny 等关系式来计算孔径和孔间距离与粗细系数的比值。

孔径和孔间距离的比例越大，试验上运用的缩尺系数就应越小。

2.缩尺系数缩尺系数实质是一种比例关系，是指需要缩小尺度时，缩小前与缩小后的比值。

缩尺系数可以由几个因素来决定，如颗粒大小、颗粒形状和孔径大小等。

缩尺系数的确定需要通过试验、数据模拟来进行。

一般来讲，当颗粒大小和颗粒形状相似时，可以直接采用下列公式计算缩尺系数：λ = (D0 / D)²其中，D0 为原尺度试验时使用的直径，D 为缩后直径。

3.渗透速度计算缩尺后的试验数据需要还原到原有的尺度。

为了求得原有尺度下测量的渗透系数，需要用缩尺试验数据进行计算。

测定粗粒土的渗透速度时，可以通过Darcy公式来计算。

可根据下列公式计算原有尺度下渗透系数：kr （原始尺度下）= krK/λ²其中，krK 是缩尺试验的渗透系数，λ 是缩尺系数。

另外，如果试验数据足够充分，也可利用缩尺试验数据来得到原有尺度下的渗透系数。

粗粒土渗透变形机制浅析

西北水电・０２年・２期２０第
４５
卵砾石土的渗透变形主要取决于颗粒级配及密实度。冲积砂卵砾石层，颗粒多为粗粒级，易形成均匀性差、散的砂砾充填、充填和无充填的孔隙，松少易于构成渗流管道，现紊流状态，透变形多为管呈渗
关键词：卵砾石；透变形；土；涌；隙比；界坡降砂渗流管孔临
摘要：对砂卵砾石的渗透变形的形成条件进行了简要分析，此基础上对渗透变形的形式进行了简要评价，提在并
１２渗透变形的几何条件．

在一定条件下，渗流动力的作用，论土中是否不受到机械管涌都可导致土的流土破坏。产生流土破
坏的土，由均一颗粒组成的。是在渗流由下向上的情
况下，土破坏发生在由下而来的渗透压力超过了流
数（水中下降的情况）ｕ为水渗流速度；水力静；Ｊ为坡降；ｇ为重力加速度。
实际上，土所有的单个颗粒，在某种程度上所产
以首先只能将土简化为无内聚力和内摩擦的松散土体，分析使其进入悬浮状态的水动力条件，后再讨然论土石结构、颗粒成份和致密程度在渗透变形中的
（）渗流中由土骨架水力阻力所造成的孑隙压３Ｌ
力差 △ ・ｃ／Ｊ。７６・

基于Mike21数值模拟的滩脚枢纽工程建设影响分析

【３】辛文杰，罗肇森．建闸河口淤积规律和减淤措施研究
南京：南京水利科学研究院。２００３．
无论是枯水年还是丰水年，河道淤积量和淤积面积都随
着引水规模的扩大而增加。以１９９１年淤积量为例，不引水方案，淤积量为８４８万１ＴＩ。；按２．５ｍ。／ｓ规模引水后，淤积量为８６６．７万ＩＴＩ。，增加约２．１％，按７．５ｍ。／ｓ规模引水后，
的一个重要环节，是保障河流可持续发展的有效保障。本文
一
。一
一
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一
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（上接第８３页）由图６可知，不添加淤堵材料情况下，各个土层淤堵稳定后的渗透系数亦有差异，其原因为生成球的过程中，各土层生成球体个数、孔隙稍有差异，同时在加渗透力的过程中，
的增大，淤堵效果越明显。粒径０．５一ｌｍｍ在粒径２￣４ａｍｒ粗粒土模型中的淤堵模式为表层堆积淤堵；粒径０．２５－０．５ｍｍ淤堵颗粒发生淤堵模式为表层一内部双重淤堵，能使第一层、第二层土渗透系数下降较多。淤堵作用一

第四章土的渗透性与渗透问题80

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渗流的工程意义
• 土中水的渗流使大气降水补给地下水，或者增加土壤含水量，这对于地球上蓬勃生长的草木等植物是至关重要的，是地球生命的源泉之一。同时也使宝贵的水资源得以存储，使大地充满了生机。可是渗流也会引发许多严重的工程问题。我国大量的挡水和输水建筑物及构造物的渗漏是一个严重的问题。目前我国已建渠道80％没有防渗措施，渠系中水的利用系数平均不足0.5，有的渠道渗漏量高达80％，损失了大量宝贵的水资源，恶化了环境，也引起了土壤的盐碱化。渗透变形引起的水利工程破坏是又一个严重的问题。据美国的调查统计，他们破坏的206座土坝中有39％是由于渗透引起的。
in总的水力坡降为iaikiaky?1129k3垂直渗透系数整个土层与层面垂直的等效渗透系数q3yaikaiknn???22总水头损失等于各层水头损失之和nnihihihhi?????2211代入nnnnyikikikhihihihk?????????221122111nnykhkhkhhk?????2211四例题分析?例30cm2厚度为4cm渗透仪细玻璃管的内径为04cm试验开始时的水位差为160cm经时段15分钟后观察得水位差为52cm试验时的水温为30试求试样的渗透系数设做变水头渗透试验的粘土试样的截面积为30解答已知试样截面积a30cm渗径长度l4cm细玻璃管的内截面积?44h1160cmh252cmt900s试样在30时的渗透系数
VL k hAt
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2.变水头试验————整个试验过程水头随时间变化适用于透水性差，渗透系数截面面积a 小的粘性土任一时刻t的水头差为h，经时段dt后，细玻璃管中水位降落dh，在时段dt内管内减少水量 dV=－adh 在时段dt内流经试样的水量
dV=kiAdt=kAh/Ldt

土壤力学数值模拟

土壤力学数值模拟土壤力学是研究土壤在外力作用下的变形和破坏性能的科学，是土力学的一个重要分支。

土壤力学数值模拟则是应用计算机模拟和数值计算的方法，对土壤的内部结构和力学行为进行分析和预测的一种工具。

本文将围绕土壤力学数值模拟的原理、应用和发展趋势进行论述。

一、土壤力学数值模拟的原理土壤力学数值模拟是基于土体连续介质力学和有限元理论的基础上进行建模和仿真分析的。

其原理主要包括以下几个方面：1. 土体的离散化表示：通过有限元网格或网络逼近法将土体连续性进行离散化处理，将土体划分为许多小单元，以便于进行数值计算。

2. 材料模型的选择：选择适当的材料模型来描述土体的力学性质，常用的有弹性模型、塑性模型、本构模型等。

根据不同的工程问题和所研究的土体类型，选择合适的材料模型进行参数设置。

3. 边界条件的设定：根据实际工程情况和研究目的，合理设定边界条件，包括约束边界和加载边界条件。

约束边界是指模型中固定的边界，加载边界是指施加在模型上的外部载荷。

4. 求解方法的选择：选择适当的数值计算方法，如有限元法、边界元法和差分法等，进行模型求解。

根据模型的性质和计算效率要求，选择合适的数值方法。

5. 结果分析与评估：对模拟结果进行分析和评估，包括应力分布、位移变形、孔隙水压力等参数，以验证模拟结果的可靠性和准确性。

二、土壤力学数值模拟的应用土壤力学数值模拟在土木工程、地质工程、水利工程等领域具有广泛的应用价值。

以下是一些典型的应用案例：1. 基坑开挖模拟：通过数值模拟方法，可以预测基坑开挖过程中土体的变形和沉降情况，为基坑支护和施工方案的设计提供科学依据。

2. 填土工程分析：数值模拟可用于分析填土工程对周围土体和地下水系统的影响，预测填土后土体的变形和沉降，指导工程施工和填土方案的选择。

3. 地下水渗流模拟：通过土壤力学数值模拟方法，可以分析地下水的流动规律、渗流压力分布和水位变化趋势，为水文地质研究和水资源管理提供支持。

粗粒土渗透试验缩尺方法研究

粗粒土渗透试验缩尺方法研究作者：崔文燕王军霞来源：《决策探索·收藏天下（中旬刊）》 2020年第1期崔文燕王军霞摘要：文章通过分析不同缩尺方式下的渗透变形试验，对粗粒土渗透的影响情况进行阐述，进一步得出相应的实验结论。

关键词：粗粒土；渗透试验；缩尺方法所谓不均匀粗粒土，其实就是指某中间粒径组的质量百分含量小于或者等于3%的土壤，其也会被称为级配不连续型粗粒土。

因为每一个时期河水的实际挟带能力并不相同，因此在自然界之中，经过河水沉积之后，其粗粒土绝大多数情况下会表现为级配不连续型。

这一类土壤粒径的组成较为广泛，其具备较高的抗剪强度，并且具有沉积变形较小的特征，因此通常会将其作为土石坝体的填筑材料或者作为坝基土层。

但是需要注意的是，由于级配不连续粗粒土，其粒间的粘聚力比较小，因此颗粒组成之中的缺级粒径会将土体分成骨架粗料以及填充粗料两大部分。

而在水的渗流作用下，十分容易出现细粒随着粗粒间的孔隙而出现流失的管涌型渗透出现破坏。

因此，为了保障所构筑的土石坝和地基的渗透处于稳定性的状态，需要对于室内进行渗透变形试验，从而分析其渗透的破坏形式以及临界水力的坡降。

一、试验样品试验中共选择两种配置不同的颗粒，将其组成配级不连续型的处理试样。

两类样品最大的粒径都保持为60mm，而其所缺失粒径组大约为1mm左右。

而在这其中第一类的不均匀系数约为49，曲率系数为7，小于1mm细粒的百分含量为20%左右，特征粒径为33mm。

而第二类的不均匀系约为57，曲率系数为0.25，小于1mm细粒的百分含量为40%左右，其明显高于第一类样品，特征粒径为27mm。

其试验样品期分别为管涌型以及流土型的土壤。

二、缩尺方式试验的原则以及方式一般情况下，土料之中含有超粒径颗粒时，其主要的处理方式有等量替代方式、相似级配方式以及混合方式等。

其中由于剔除方式，混合方式在进行渗透试验缩尺之中，不会使细料的含量有过大的变化，因此在目前进行渗透试验之中，剔除法以及混合法基本上是不会使用的[1]。

基于RUSLE的土壤侵蚀建模分析

空间信息应用实践（中级）实验指导书空间建模---- 基于RUSLE的土壤侵蚀建模分析一.实验背景Soil erosion and gullying in the upper Panuco basin. Sierra Madre Orientai, eastern Mexico 土壤侵蚀是地球表面物质运动的一种自然现象，全球除永冻地区外，均发生不同程度的土壤侵蚀。

人类社会出现后，土壤侵蚀成为自然和人为活动共同作用下的一种动态过程，构成了特殊的侵蚀环境背景，并伴随着人类对自然改造能力的增强，逐渐成为当今世界资源和环境可持续发展所面临的重要问题之一。

土壤侵蚀被称为蠕动的灾难”，每年因土壤侵蚀造成的经济损失较诸如滑坡、泥石流和地震等地质灾害更大，土壤侵蚀已成为我国乃至全球的重大环境问题之一。

土壤侵蚀及其产生的泥沙使土壤养分流失、土地生产力下降、湖泊淤积、江河堵塞，并造成诸如洪水等自然灾害，泥沙携带的大量营养物和污染物质加剧了水体富营养化，水质恶化，不断严重威胁到人类的生存。

据估计全球每年因土壤侵蚀损失300万公顷土地的生产力，造成的损失以百亿美元计。

我国人口众多、农耕历史悠久，加之历史上战乱频仍，以黄土高原为代表的华夏文明发源地是世界上土壤侵蚀最严重的区域之一，1990年遥感普查结果，全国水土流失面积达367万km2，占国土总面积的38.2%，其中50%为水蚀地区，土壤侵蚀以黄土高原、四川紫色土地区和华南红壤地区尤为突出，仅黄土高原地区一处，平均每年流失泥沙就达到16.3亿t。

水土流失已成为中国重要的环境问题，土壤侵蚀研究已成为目前环境保护中的一个重要课题。

土壤侵蚀预报是有效监测水土流失和评价水保措施效益的手段，侵蚀模型则是进行土壤流失监测和预报的重要工具。

然而传统预测方法需要在量经费、时间和人力的投入，因此，在一定精度范围内通过有限的数据输入，得到满足要求的土壤侵蚀预测结果成为趋势。

80年代以来，随着地理信息系统(Geographical In formation System, GIS)的成熟，它开始与土壤侵蚀模型一通用土壤流失方程(Universal Soil Loss Equation, USLE)相结合进行流域土壤侵蚀量的预测和估算，业已成为土壤侵蚀动态研究的有力工具。

粗颗粒土的渗透及渗透变形试验

（3）原状试样制备
①取样位置。应选择有代表性地层和渗流流态条件的不同部位，如防渗墙底部、坝基内部段、水流出逸段、抗渗强度较低处等部位取样。
②在取样地点。首先挖一尺寸大于试样尺寸的土柱，除去土样表面的扰动土，再用削土工具小心地慢慢地将土样削至所要求尺寸（圆形）。
③环绕土柱底四周的水平土面上铺垫一层砂，并使垫砂平整。
（10）如果连续4次测得的水位及渗水量基本稳定，又无异常现象，即可提升至下一级水头。
（11）对于每级渗透坡降，均按（9）的规定重复进行直至试验破坏。当水头不能再继续增加时，即可结束试验。
试验数据记录与处理
1. 按下列两式计算试样的干密度和孔隙率。
（1）干密度：
（2）孔隙率：
土粒比重GS应为粗细颗粒混合比重，既：
（2）扰动试样制备
①从风干、松散的土样中，取具有代表性土样，进行颗粒分析试验，确定试样的颗粒级配，并绘制颗粒级配曲线。
②根据试验土样粒径，按仪器内径应大于试样粒径d85的5倍选择仪器。当常规试验的仪器内径不能满足要求时，应设计加工大直径的渗透变形仪。或根据试样情况，亦可对最大允许粒径以上的粗颗粒按SL237-053-1999规程3.1.3的规定加以处理。
③根据需要控制的干密度及试样高度，按下列公式计算试样质量：
md=ρdπr2hˊ
式中 md—试验需要的干土质量，g；
ρd—需控制的干密度,g/cm3；
r—仪器筒身半径，cm；
hˊ—试样高度，cm。
④称取试样后，为减少粗细颗粒分离现象，保证试样的均匀性，应当分层装试样，且每层的级配应相同，还可酌加相当于试样质量1%～2%的水分，拌和均匀后再进行装样。
（7）提升供水箱，使供水箱的水面高出渗透容器的溢水口（上进水口），保持常水头差，形成初始渗透坡降。