堤坝管涌形成与发展的细观机理研究中文摘要

本项目利用先进的数码摄像可视化跟踪技术和数字信息计算机实时处理技术，进行堤坝的渗透模型试验，摄录土颗粒的移动轨迹，确定形成管涌的临界参数。基于散体介质颗粒流理论及其分析方法等细观力学手段，分析渗流与土介质的共同作用及渗流的贴壁挤土效应，深入研究管涌形成过程的细观力学机理。建立关于管涌形成和发展规律的细观理论模型，利用并开发PFC2D软件对管涌形成与发展过程中土颗粒的移动规律进行细观仿真模拟。结合堤防工程的管涌险情实例进行分析研究，为管涌险情的预测和治理提供参考意见。本研究成果对防洪减灾具有重要意义。 2100433B

首次提出爆炸加载制备纳米晶铜的方法，该方法可避免外来污染，并可在更大应变率范围和更大应变范围内实现粗晶铜的纳米晶化。重点解决以下三个问题：（1）定量表征不同应变率、不同应变对晶粒细化程度的影响；（2）以绝热压缩和冲击波耗散引起的整体升温机制为基础建立宏观温升计算模型，从细观角度将晶粒的变形、晶格的畸变、位错演化、孪晶形成等材料学现象同微纳米尺度传热相结合，研究爆炸加载下晶粒组织的演变过程和纳米晶形成规律；（3）改进晶粒和晶界本构关系并确定相关参数，以有限元法模拟热力耦合的晶粒演变行为，探索应变率、应变、细观传热、材料特性、载荷特性等因素对晶粒细化机制的影响。本项目的开展将促进爆炸与冲击动力学和材料学的学科交叉。对纳米晶形成的细观机理的研究，有利于使该技术向更精细的方向发展，与现代材料学的精细程度相吻合。

采用散粒介质力学与细观机理分析方法，通过三轴数值试验，模拟在地震荷载作用下饱和砂土液化过程，探讨液化过程中状态转换面的产生、稳态变形、循环活动性发展等的细观机理。在此基础上，发展一个颗粒-流体耦合的饱和砂土细观力学模型，模型中颗粒运动采用散粒介质的离散单元方法模拟，流体运动采用计算流体动力学（CFD）技术计算，通过一定的边界条件实现流固两相的耦合。采用建立的细观模型研究饱和砂土液化时土体的局部渗流特性，分析渗透系数与应力、细观组构演化与宏观应力应变发展之间的定量关系。在振动模型试验中引入先进的数码摄像可视化跟踪技术和数字信息计算机实时处理技术，测量分析饱和砂土液化时土体细观组构参数的演化规律，并与数值结果进行对比分析。最后根据上述流体-颗粒耦合细观模拟、组构演化规律分析以及模型试验结果，建立一个基于细观机理分析的饱和砂土液化模型。 2100433B