水利工程 | 更新时间:2024-03-14
    • 高山峡谷区山洪沟口泥沙堆积特征数值试验

    • Numerical Experiment on Sediment Accumulation Characteristics at the Mouth of Flash Flood Gully in Alpine Canyon Area

    • 聂一品

      ,  

      兰玲

      ,  

      王协康

      ,  
    • 工程科学与技术   2024年56卷第1期 页码:237-244
    • DOI:10.15961/j.jsuese.202200524    

      中图分类号: TV142
    • 纸质出版日期:2024-1-20

      网络出版日期:2023-11-24

      收稿日期:2022-5-26

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  • 聂一品,兰玲,王协康.高山峡谷区山洪沟口泥沙堆积特征数值试验[J].工程科学与技术,2024,56(1):237–244 DOI: 10.15961/j.jsuese.202200524.

    Nie Yipin,Lan Ling,Wang Xiekang.Numerical experiment on sediment accumulation characteristics at the mouth of flash flood gully in alpine canyon area[J].Advanced Engineering Sciences,2024,56(1):237–244 DOI: 10.15961/j.jsuese.202200524.

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    1. 山洪泥石流在高山峡谷区的频繁活动及其对人类和工程安全的威胁。

    2. 众多学者对山洪泥石流堆积体的研究,包括物质组成、发展过程和致灾机理。

    3. 基于系列泥沙堆积实验和现场调查,揭示了堆积体厚度和长度比值与释放流量之间的关系。

    4. 针对山洪泥石流堆积数值模拟的研究,忽略了颗粒之间的相互作用及其运动属性变化,并引出了离散单元法(DEM)和计算流体力学方法(CFD)的优点和重要性。

    5. 介绍了耦合CFD–DEM方法在研究山洪泥石流中的应用,以及其对浆体流变特性变化的考虑。

    6. 基于耦合CFD–DEM方法,探究了山洪泥石流体积浓度对不同粒径泥沙颗粒堆积过程中平均堆积距离和分散程度的差异,揭示了颗粒堆积分散程度随时间的变化规律。

    1 计算模型与研究方法

    重点内容是:使用CFD-DEM耦合模型对高山峡谷区山洪沟口泥沙堆积形态及粒度特征进行数值模拟,并介绍了模型的设置、计算参数设置以及验证过程。通过使用该模型可以准确地计算宾汉流体中颗粒的运动情况,并对两相流体的交界面捕捉能力进行了验证。

    2 计算结果与分析

    泥沙颗粒在堆积区中不同时刻的堆积形态演变过程,以及颗粒平均堆积距离的演化。通过对大量泥沙颗粒的运动数据的统计分析,得出了堆积体内颗粒运动的内在规律,并利用堆积体中泥沙颗粒分散程度(dIQR)与泥沙颗粒的上四分位数(dQ3)的关系,来分析颗粒堆积体中粒度特征和堆积范围的变化趋势。此外,该章节还研究了山洪泥石流冲刷下粒径为6 mm的颗粒在堆积过程中分散程度随时间的变化过程,并对其进行了幂函数拟合。同时,讨论了拟合指标(ifit)和碰撞指标(icollision)之间的关系,以反映颗粒碰撞对泥沙颗粒分散程度的影响。

    3 结 论

    利用耦合CFD-DEM方法对高山峡谷区山洪泥石流沟口泥沙颗粒的运动进行数值计算,重点研究了堆积体整体的形态及不同粒径颗粒的分布特征随时间的变化。同时,通过对不同粒径颗粒的堆积距离、分散程度以及极限分散程度的研究,得出了相关结论。

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