宝兴县中岗沟泥石流三维流场数值模拟及综合治理模式研究

发布时间：2017-04-08 12:10

  本文关键词：宝兴县中岗沟泥石流三维流场数值模拟及综合治理模式研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：泥石流是山区常见的一种自然地质灾害,具有持续时间短、突发性强、破坏性大、持续时间短暂等特点。我国国土面积辽阔,地形地貌复杂多样且地质构造复杂,气候为亚热带季风性气候,夏季降雨充沛,使我国成为泥石流灾害高发区。通过对中岗沟流域的工程地质条件、发育分布规律、基本特征研究,在计算流体力学理论基础上,对中岗沟泥石流运动进行仿真模拟,选取泥石流防治工程中的第一级、第二级拦砂坝,建立与实际工程尺寸相同的结构模型,对泥石流与拦砂坝进行流固耦合分析,来评判拦砂坝在泥石流运动过程中的拦挡效应,并对中岗沟综合治理模式进行研究。主要研究成果如下:1)结合中岗沟的流域特性及其工程地质条件,分析国内外泥石流运动与数值模拟的研究现状,确定研究目标及研究方法。依据泥石流的基本特征及动力特征可将中岗沟泥石流分为暴雨型-沟谷型-高容重-低频率-大型-粘性泥石流。2)通过对计算流体力学理论的探讨,依据中岗沟泥石流的特性,确定选用有限体积法对中岗沟泥石流进行数值解析。3)基于中岗沟流域的工程地质资料,利用AutoCAD、RHINO软件建立中岗沟三维几何模型。根据泥石流的动力特性,选择合理的泥石流控制参数、边界条件,采用CFX软件对中岗沟泥石流形成流通区、堆积区进行全过程的模拟分析,得到中岗沟流域形成流通区与堆积区的流速场与压力场。4)基于ANSYS Workbench软件对泥石流与岸坡、泥石流与拦砂坝进行了两相流流固耦合分析,得出了泥石流与拦砂坝的耦合作用时流体的变化情况、泥石流的流速矢量分布图、泥石流对沟床岸坡的压力云图等,并将流场数据导入Satic Structural中得到了4号、5号拦砂坝的动力响应特征(应力、应变、位移等),对比分析了拦砂坝的组合效应,得出拦砂坝在泥石流运动中的防护作用,并根据泥石流与拦砂坝的流固耦合结果提出了相应的结构优化设计建议。5)针对中岗沟泥石流的治理现状,分析总结了泥石流现有治理工程技术中存在主要问题与不足,并对中岗沟泥石流综合治理模式进行了研究。
【关键词】：泥石流 基本特征 数值模拟 综合治理模式
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P642.23
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-17
• 1.1 选题依据及研究意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 泥石流研究现状11-12
• 1.2.2 泥石流数值模拟研究现状12-14
• 1.3 研究内容与技术路线14-17
• 1.3.1 主要研究内容14-15
• 1.3.2 研究思路与技术路线15-17
• 第2章 研究区地理及地质环境概况17-26
• 2.1 地理位置及交通17-18
• 2.2 研究区域地质环境条件18-26
• 2.2.1 地形地貌18-19
• 2.2.2 地层岩性19-20
• 2.2.3 地质构造20-21
• 2.2.4 新构造运动与地震21
• 2.2.5 气象水文条件21-24
• 2.2.6 工程地质与环境条件24-25
• 2.2.7 人类工程活动25-26
• 第3章泥石流的特征研究26-45
• 3.1 主沟基本特征26-35
• 3.1.1 沟谷特征26-31
• 3.1.2 物源特征31-35
• 3.1.3 水源特征35
• 3.2 泥石流冲淤特征35-38
• 3.2.1 清水区冲淤特征35-36
• 3.2.2 形成流通区冲淤特征36-38
• 3.3 泥石流堆积特征38
• 3.4 泥石流特征值计算38-44
• 3.4.1 泥石流流体重度38-40
• 3.4.2 泥石流流速40
• 3.4.3 泥石流流量40-41
• 3.4.4 泥石流固体物质方量计算41-42
• 3.4.5 泥石流整体冲压力42-43
• 3.4.6 泥石流爆发频率43-44
• 3.5 泥石流暴发规模和类型44-45
• 第4章中岗沟泥石流数值模拟研究45-63
• 4.1 计算流体动力学理论探讨45-48
• 4.1.1 基于CFD的有限体积法46-47
• 4.1.2 多相流流固耦合模拟方法浅析47-48
• 4.2 模拟过程中的关键问题分析48-54
• 4.2.1 泥石流流变模型的选择48-51
• 4.2.2 泥石几何物理模型的建立51-52
• 4.2.3 泥石流流域网格划分52-53
• 4.2.4 泥石流数值模拟的参数设置53-54
• 4.3 中岗沟泥石流三维流场数值模拟54-60
• 4.3.1 中岗沟三维地形建模54-56
• 4.3.2 模拟的前处理过程56-58
• 4.3.3 数值模拟求解58-60
• 4.4 泥石流数值模拟结果分析60-63
• 4.4.1 数值模拟结果与理论计算值对比分析60-62
• 4.4.2 模拟结果分析62-63
• 第5章泥石流与拦砂坝的流固耦合模拟研究63-73
• 5.1 中岗沟泥石流治理工程63-64
• 5.2 模型的建立及相关参数设置64-66
• 5.3 模拟结果分析66-71
• 5.4 中岗沟泥石流模拟分析结论与建议71-73
• 第6章中岗沟泥石流综合治理模式研究73-82
• 6.1 中岗沟泥石流治理工程现状分析73-75
• 6.2 现有治理工程技术中存在问题探讨：75-78
• 6.2.1 拦挡工程75-77
• 6.2.2 排导工程77
• 6.2.3 梳齿坝与排导工程组合防护方案77-78
• 6.3 中岗沟泥石流综合治理模式研究78-82
• 结论82-84
• 致谢84-85
• 参考文献85-88
• 攻读学位期间取得学术成果88

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