岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (10): 2921-2928.doi: 10.16285/j.rsm.2022.0202

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

考虑水力波动作用的潜蚀本构模型

邓泽之1，王刚1，金伟2   

  1. 1. 重庆大学 土木工程学院，重庆 400044；2. 中国电建集团成都勘测设计院有限公司，四川 成都 610072
  • 收稿日期:2023-02-20 接受日期:2023-04-23 出版日期:2023-10-13 发布日期:2023-10-16
  • 通讯作者: 王刚，男，1978年生，博士，教授，主要从事土动力学、高坝大型结构和岩土工程数值分析等方面的研究工作。E-mail: cewanggang@163.com E-mail:Dengzezhi@cqu.edu.cn
  • 作者简介:邓泽之，男，1996年生，博士研究生，主要从事粗粒土渗透稳定性方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金（No.52079012）；重庆市自然科学基金（No.cstc2021 jcyj-msxmX0598）。

A constitutive model for suffusion considering the hydraulic fluctuation effect

DENG Ze-zhi1, WANG Gang1, JIN Wei2   

  1. 1. School of Civil Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China; 2. POWERCHINA Chengdu Engineering Corporation Limited, Chengdu, Sichuan 610072, China
  • Received:2023-02-20 Accepted:2023-04-23 Online:2023-10-13 Published:2023-10-16
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (52079012) and the Natural Science Foundation of Chongqing (cstc2021 jcyj-msxmX0598).

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摘要： 潜蚀是指在渗流作用下，内部不稳定土中的可动细颗粒沿孔隙通道迁移的现象。在潜蚀的数值分析中，描述渗流作用下土中沉积细颗粒向流动细颗粒转化过程的潜蚀本构模型是数值分析结果可靠与否的核心。当前已存在不少基于恒定水力条件提出的潜蚀模型，但考虑水力波动作用的潜蚀模型还较为欠缺。首先，对不同水力条件下细颗粒迁移机制进行了归纳总结，强调了波动水力条件下细颗粒迁移机制的特殊性。然后，基于细观物理机制，利用沉积细颗粒向流动细颗粒的体积转化速率，建立了一个可同时考虑孔隙流速大小、孔隙流速变化速率以及水力作用时间的潜蚀本构模型。基于一套拟合参数，该模型较好地拟合了已有试验研究中多种波动水力路径下的细粒流失过程，证明了该模型的有效性。

关键词: 潜蚀, 水力条件, 本构模型, 细粒流失, 侵蚀速率

Abstract: Suffusion refers to the phenomenon that the movable fine particles in internally unstable soil migrate through the pore channels under seepage flow. The constitutive model, which describes the transition of the deposited fine particles to the fluidized fine particles in the pore fluid, determines the reliability of numerical analysis results. Currently, there are many constitutive models for suffusion based on constant hydraulic conditions, but the models considering the effect of hydraulic fluctuation are still lacking. First, the meso-mechanism of fine particle migration under different hydraulic conditions was summarized, and the particularity of the fine particle migration mechanism under fluctuating hydraulic conditions was highlighted. Then, based on the meso-mechanism, a constitutive model for suffusion was developed by using the volumetric exchange rate of deposited fine particles to fluidized fine particles. The model can consider the combined effect of the interstitial flow velocity, the variation rate of interstitial flow velocity, as well as the hydraulic action time. Based on a set of parameters, the model well reproduced the fine particle erosion process under various hydraulic loading paths in the existing experimental studies, demonstrating the effectiveness of the model.

Key words: suffusion, hydraulic condition, constitutive model, fine particle loss, erosion rate

中图分类号: TU43
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