申请人自2013年攻读博士学位以来,在常晓林教授、周伟教授的指导下,开始进行高坝结构变形控制理论和水库大坝工程颗粒材料静动力特性研究工作。进入黄河水利委员会黄河水利科学研究院后,继续深入研究颗粒材料静动力特性,并结合河流泥沙理论,初步开展了固液两相流模拟理论及其应用的研究工作。目前,发表高水平学术论文10篇,其中SCI检索论文5篇,EI检索论文3篇。以第一作者的身份发表论文在国际著名一区TOP SCI期刊《Geophysical Research Letters》(IF=4.339)上,其他研究成果也在经典主流SCI期刊《Granular Matter》上予以发表。
申请人主持及主要参与的科研项目14项,其中国家级项目12项,省部级科研项目2项,包括:
[1] 基于河流系统治理的枢纽群泥沙动态调控序贯决策理论(十三五重点研发计划项目专题,项目号2018YFC0407401),正在主持
[2] 固液两相流模拟方法及其在黄河工程抢险中的应用(黄河水利科学研究院科技发展基金,项目号黄科发201806),正在主持
[3] 游荡性河道河势演变与稳定控制系统理论(重点项目,项目号51539004),正在主要参与
[4] 淤损水库库容恢复及淤积物处理利用技术与示范(国家重点研发计划项目,项目号2017YFC0405204),正在主要参与
攻博阶段的主要科研经历:
[5] 复杂条件下特高土石坝变形破坏机制与计算理论(国家重点研发计划项目,项目号2017YFC0404802),主要参与
[6] 复杂运行环境下高坝结构性态响应与控制(国家重点研发计划项目,项目号2016YFC0401907),主要参与
[7] 高坝枢纽运行初期风险调控与安全保障技术(国家重点研发计划项目,项目号2016YFC0401909),主要参与
[8] 水工结构静动力性能分析与控制(优秀青年科学基金项目,项目号51322905),主要参与
[9] 地震作用下堆石体锚固效应细观机制研究(面上项目,项目号51579193),主要参与
[10] 基于连续-离散耦合方法的堰塞坝形成机理研究(面上项目,项目号51779194),主要参与
[11] 强震环境下高重力坝坝基失稳过程的多尺度模拟及安全评价(面上项目,项目号51179139),主要参与
[12] 岩体细观-宏观失效机制与连续-离散耦合全过程数值模拟(面上项目,项目号51379161),主要参与
[13] 基于连续-离散耦合分析方法的堆石体缩尺效应研究(青年科学基金,项目号51509190),主要参与
[14] 堆石体宏细观变形演化过程的多尺度力学模型及数值模拟(中国博士后科学基金面上资助项目,2015M572195),主要参与
学术贡献:
通过上述系列科研项目的研究工作,申请人在水库大坝工程颗粒材料静动力特性研究领域取得了突破性进展,主要表现在以下三个方面:
(1)阐明了复杂瞬变流中颗粒尺寸分离发生机制
颗粒材料由于其独特的物质形态,在运动过程中会展现出尺寸分离现象,具体表现为:粒径较大的颗粒逐渐向远离滑槽底部的颗粒体自由表面移动,粒径较小的颗粒则逐渐向滑槽底部靠近。颗粒尺寸分离现象对颗粒流的流变特性和堆积特征影响显著。以往的研究大多关注理想简化的恒定均匀流中尺寸分离现象的发生机制。本研究则将研究重点放在了更符合实际自然条件下的复杂瞬变流。通过经典斜槽式瞬变流数值模拟,明确了瞬变流中尺寸分离现象发生的动力学原因,提出了瞬变流运动机制(剪切摩擦或剧烈碰撞)科学界定方法,推导了瞬变流定量描述尺寸分离现象的“颗粒温度”表达式。相关研究成果发表于《Granular Matter》期刊上。
(2)明确了颗粒摩擦特性和颗粒形状对颗粒堆积特性影响机制
自然界颗粒堆积体,如滑坡碎屑流堆积体、堰塞体等,由于颗粒间的粘聚力几乎为零,堆积体自身稳定完全依靠颗粒间的摩擦和颗粒形状咬合作用。因此,研究颗粒摩擦特性和颗粒形状对颗粒堆积形态的影响机制,对评估此类颗粒堆积体稳定性具有重要的意义。本研究通过建立与成都理工大学大型散粒体堆积物理试验相同尺度的离散元数值模型,采用6种典型形状颗粒团表征碎屑颗粒,总结了颗粒摩擦特性和颗粒形状对堆积体粒径分布分形特性的影响规律,明确了颗粒摩擦特性和颗粒形状对颗粒宏观堆积特征和细观堆积组构的影响机制,建立了颗粒宏观与细观堆积特征之间的联系。相关研究成果发表于《Granular Matter》、《中南大学学报(自然科学版)》等期刊上。
(3)揭示了细小颗粒促进颗粒材料类固-液相变的“润滑”作用机制
颗粒物质具有多尺度现象,在特定外荷载作用下可表现出固、液两相的行为特征。经典的颗粒柱坍塌运动模型中颗粒从静止堆积状态发展至快速运动状态,最后再到堆积稳定状态,就经历了由类固相到类液相再到类固相状态间的转变。其中,细小颗粒对材料类固-液相变的起到了“润滑”作用机制。本研究基于碎屑颗粒堆积体现场勘测得到的颗粒粒径分形分布统计