滤网孔径和层数对反滤保土效果的影响分析Influence of pore size and filter layers on soil retentioneffect
段国军,张顺福,介玉新
摘要(Abstract):
针对土工织物反滤层的反滤保土性问题,采用滤网代替土工织物的孔隙,利用颗粒流程序对无黏性基土-滤层的反滤过程进行二维离散元数值模拟。依次研究了单孔、单层和多层滤网在不同孔径比O/d下的反滤保土效果。对比不同孔径比O/d下反滤稳定后的基土颗粒形态,绘制反滤稳定的力链图,分析颗粒间接触力的分布,从细观上解释滤层保土性的原因,进一步计算颗粒流失率,分析滤层孔径及层数对保土性的影响规律。结果表明:孔隙附近颗粒成拱是滤层发挥保土性的原因,孔径比O/d过大会降低颗粒拱的稳定性导致保土性下降;颗粒间接触力的分布细观上验证了颗粒的拱效应,多层滤网层间截留颗粒仍可与滤网一同增加滤层的保土性;滤层孔径较大时,增加滤网层数能够在一定程度上弥补保土能力的不足。
关键词(KeyWords): 反滤;保土;孔径;力链;管涌;基土流失率;渗流;稳定性
基金项目(Foundation): 国家“十三五”重点研发计划(2017YFC1502602);; 国家自然科学基金项目(41790434)
作者(Author): 段国军,张顺福,介玉新
DOI: 10.13928/j.cnki.wrahe.2020.01.005
参考文献(References):
- [1] 曾奕滔,沈振中,甘磊,等.反滤层对高心墙堆石坝拱效应影响研究[J].水利水电技术,2018,49(1):90- 95.
- [2] 康顺祥,陆世强.天然滤层模型[J].水利及建筑工程学报,1997,3(4):1- 5.
- [3] 毛昶熙,段祥宝,冯玉宝.管涌与滤层的研究(Ⅱ):滤层[J].岩土力学,2005,26(5):680- 686.
- [4] 刘杰,谢定松.反滤层设计原理及准则[J].岩土工程学报,2017,3(4):609- 616.
- [5] 刘杰.土石坝渗流控制理论基础及工程经验教训[M].北京:中国水利水电出版社,2005.
- [6] 陈轮,易华强,许齐,等.土工织物反滤系统土体结构稳定性模拟试验研究[J].水力发电学报,2006,25(4):117- 121.
- [7] 陈轮,庄艳峰,许齐,等.极限保土状态下的反滤机制试验研究[J].岩土力学,2008,29(6):1455- 1460.
- [8] 常利营,陈群,叶发明.均匀颗粒间接触冲刷的颗粒流数值模拟[J].岩土工程学报,2016,38(S2):312- 317.
- [9] 李晓庆,齐阳,唐新军,等.两种典型级配基土-滤层渗滤系统的颗粒流模拟[J].长江科学院院报,2017,34(4):92- 97.
- [10] 张凤德,杨云超,荣冠,等.砂土管涌的反滤机理颗粒流模拟研究[J].水电与新能源,2017(6):11- 16.
- [11] 李伟,赵坚,沈振中.模拟土工织物反滤作用的颗粒流分析方法[J].水电能源科学,2013,31(4):106- 110.
- [12] 齐阳.新疆地下集水工程渗滤系统淤堵细观机理研究[D].乌鲁木齐:新疆农业大学,2015.
- [13] 武海鹏.加筋土的加筋机理与计算方法研究[D].北京:清华大学,2013.
- [14] 罗勇.土工问题的颗粒流数值模拟及应用研究[D].杭州:浙江大学,2007.
- [15] 蒋中明,袁涛,刘德谦,等.粗粒土渗透变形特性的细观数值试验研究[J].岩土工程学报,2018,40(4):752- 758.
- [16] TO K W,LAI P Y,PAK H K.Jamming of granular flow in a two-dimensional hopper[J].Physical Review Letters,2001,86(1):71- 74.
- [17] 楚锡华,周剑萍,徐远杰.筒仓泄料过程中阻塞现象的数值模拟[J].计算力学学报,2009,26(3):342- 346.
- [18] 易华强.土工织物反滤系统土体结构稳定性试验研究[D].北京:清华大学,2005.