泥石流冲击弧形拦挡坝动力响应研究
发布时间：2021-01-28 19:58
泥石流冲击过程中,坝基位置处承受了较大冲击力,易引起该位置出现应力集中而导致局部冲击破坏。为此,将竖向拦挡坝结构优化为弧形拦挡坝,并基于动量及能量守恒开展泥石流冲击弧形拦挡坝理论计算研究,推导泥石流对弧形拦挡坝的冲击力及爬升高度计算公式。为验证理论公式的正确性,进一步开展泥石流冲击弧形拦挡坝物理模型试验。研究结果表明:物理模型试验结果与所推导的理论公式计算结果具有较高的拟合度,该理论公式可适用于泥石流对弧形拦挡坝的冲击计算;泥石流流速、冲击力、爬升高度与泥石流沟道纵坡坡度呈正相关关系;冲击力及爬升高度主要受弗洛德数Fr、泥石流沟道纵坡坡度α、拦挡坝弧形半径R控制,并与Fr呈二次方正相关,与泥石流沟道纵坡坡度α的余弦值成反比;与竖向型拦挡坝结构相比,弧形拦挡坝结构在爬升高度上无显著影响,然而可较大程度降低泥石流对坝体的法向冲击力,局部结构增强也使得坝体结构强度得到提升。该研究可为泥石流拦挡坝工程的结构设计提供理论及技术支持。
【文章来源】：岩土力学. 2020,41(12)北大核心
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
计算简图Fig.3Computingmodel
3852岩土力学2020年后主要的次生灾害类型[1]。为保障人民群众生命财产及基础设施安全，震后10年间，国家在地震灾区开展了大量泥石流拦挡坝工程建设。然而，由于地震作用使得泥石流成灾、环境剧变，震后即时修建的泥石流防治工程在多期次、大规模泥石流作用下频繁失效，有些防治工程反复重建[2-5]。通过对泥石流防治工程失效案例的现场调查发现，拦挡坝结构中受泥石流及其大块石作用导致拦挡坝局部冲击破坏的比例高达50%以上[6-7]。其中重要原因之一是，拦挡坝工程的迎冲面常设计为竖向结构，未充分考虑泥石流与拦挡坝冲击时空分布及泥石流运行轨迹，仅把泥石流与拦挡坝冲击过程看作瞬间冲击行为[8-11]。前人研究多集中在泥石流对竖向拦挡坝冲击动力响应方面，何思明等[12-13]以弹塑性理论为基础，考虑拦挡坝等防治结构弹塑性特性，提出了泥石流冲击力计算方法。陈洪凯等[14-16]通过研究泥石流固相粒径、冲击压痕揭示了泥石流脉动荷载分布特性以及冲击力大小分布。李俊杰[17-18]、王秀丽[19]等开展了泥石流冲击荷载下拦挡坝动力响应分析。王东坡等[20]通过物理模型试验研究了泥石流流速、流深以及流体特征参数与泥石流冲击压力的相关性。Vagnon等[21]借助泥石流水槽试验提出考虑泥石流对刚性不排水挡墙影响的计算公式，用于估算泥石流冲击防护结构的冲击力。Armanini等[22]通过开展泥石流物理模型试验，研究泥石流对刚性竖向拦挡坝结构产生的冲击力及泥石流爬升高度的时程变化，得出泥石流冲击力与爬升高度的理论公式。Koo[23]、Kwan[24]等在计算泥石流对障碍物产生的冲击力时，开发了动量通量衰减新模型。Wendeler[25]、Kw
第12期王东坡等：泥石流冲击弧形拦挡坝动力响应研究38554泥石流冲击弧形拦挡坝物理模型试验开展不同粒径组、不同纵坡坡度下泥石流对拦挡坝冲击物理模型试验，从而探索泥石流冲击拦挡坝过程的变化特征和规律。试验目的一是为了获得泥石流与弧形拦挡坝冲击力、爬升高度、流速等与变量参数（如沟槽坡度、泥石流颗粒粒径组）之间的相关关系，二是通过物理模型试验对第3节中所推导获得的理论公式进行验证。在泥石流冲击弧形拦挡坝物理模型试验中，测量泥石流到达坝前的流速v、流深h、冲击力p、爬升高度(hg)max等参数，以弗洛德数、泥石流沟道纵坡坡度为变量分析泥石流对弧形拦挡坝的冲击响应，研究其对拦挡坝的冲击力以及泥石流的爬升高度的影响。4.1试验装置所开展的泥石流物理模型试验系统分为：物源区、流通区和堆积区。分别由供料池、有机玻璃水槽、弧形拦挡坝、泥石流收集回收装置及传感器、高速摄像机等设备组成；该系统可模拟泥石流从启动、运动、冲击拦挡坝的全过程，试验装置如图4所示。水槽顶部为供料池，为试验提供泥石流浆体。钢架水槽为矩形断面，两侧壁安装钢化玻璃，便于对泥石流与拦挡坝间的冲击过程进行观察。水槽尺寸长4m，宽0.25m，坡度调节范围为0o～39o。弧形拦挡坝模型安装在水槽的末端，弧形拦挡坝上安装有压力传感器（如图5(c)所示），便于测量泥石流与拦挡坝间冲击力。在水槽的下方设置回收池，方便循环利用泥石流颗粒材料。4.2测试系统测量系统主要由两部分组成，分别为测试传感系统和高速摄像系统。其中测试传感系统包括次声传感器和动态压力传感器。3个次声传感器用于测量泥石流到达坝前的流深，4个?
【参考文献】：
期刊论文
[1]舟曲泥石流堰塞坝稳定性分析及应急预案研究[J]. 王文甫,胡振邦. 水力发电. 2019(08)
[2]泥石流拦挡坝破坏模式调查分析[J]. 齐得旭,闫俊,张云卫. 资源环境与工程. 2018(01)
[3]泥石流冲击特性模型试验[J]. 陈洪凯,唐红梅,鲜学福,张玉萍. 重庆大学学报. 2010(05)
[4]我国泥石流防治进展[J]. 崔鹏. 中国水土保持科学. 2009(05)
[5]泥石流大块石冲击力的简化计算[J]. 何思明,吴永,沈均. 自然灾害学报. 2009(05)
[6]泥石流颗粒组成的分形特征[J]. 李泳,陈晓清,胡凯衡,何淑芬. 地理学报. 2005(03)
本文编号：3005599
【文章来源】：岩土力学. 2020,41(12)北大核心
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
计算简图Fig.3Computingmodel
3852岩土力学2020年后主要的次生灾害类型[1]。为保障人民群众生命财产及基础设施安全，震后10年间，国家在地震灾区开展了大量泥石流拦挡坝工程建设。然而，由于地震作用使得泥石流成灾、环境剧变，震后即时修建的泥石流防治工程在多期次、大规模泥石流作用下频繁失效，有些防治工程反复重建[2-5]。通过对泥石流防治工程失效案例的现场调查发现，拦挡坝结构中受泥石流及其大块石作用导致拦挡坝局部冲击破坏的比例高达50%以上[6-7]。其中重要原因之一是，拦挡坝工程的迎冲面常设计为竖向结构，未充分考虑泥石流与拦挡坝冲击时空分布及泥石流运行轨迹，仅把泥石流与拦挡坝冲击过程看作瞬间冲击行为[8-11]。前人研究多集中在泥石流对竖向拦挡坝冲击动力响应方面，何思明等[12-13]以弹塑性理论为基础，考虑拦挡坝等防治结构弹塑性特性，提出了泥石流冲击力计算方法。陈洪凯等[14-16]通过研究泥石流固相粒径、冲击压痕揭示了泥石流脉动荷载分布特性以及冲击力大小分布。李俊杰[17-18]、王秀丽[19]等开展了泥石流冲击荷载下拦挡坝动力响应分析。王东坡等[20]通过物理模型试验研究了泥石流流速、流深以及流体特征参数与泥石流冲击压力的相关性。Vagnon等[21]借助泥石流水槽试验提出考虑泥石流对刚性不排水挡墙影响的计算公式，用于估算泥石流冲击防护结构的冲击力。Armanini等[22]通过开展泥石流物理模型试验，研究泥石流对刚性竖向拦挡坝结构产生的冲击力及泥石流爬升高度的时程变化，得出泥石流冲击力与爬升高度的理论公式。Koo[23]、Kwan[24]等在计算泥石流对障碍物产生的冲击力时，开发了动量通量衰减新模型。Wendeler[25]、Kw
第12期王东坡等：泥石流冲击弧形拦挡坝动力响应研究38554泥石流冲击弧形拦挡坝物理模型试验开展不同粒径组、不同纵坡坡度下泥石流对拦挡坝冲击物理模型试验，从而探索泥石流冲击拦挡坝过程的变化特征和规律。试验目的一是为了获得泥石流与弧形拦挡坝冲击力、爬升高度、流速等与变量参数（如沟槽坡度、泥石流颗粒粒径组）之间的相关关系，二是通过物理模型试验对第3节中所推导获得的理论公式进行验证。在泥石流冲击弧形拦挡坝物理模型试验中，测量泥石流到达坝前的流速v、流深h、冲击力p、爬升高度(hg)max等参数，以弗洛德数、泥石流沟道纵坡坡度为变量分析泥石流对弧形拦挡坝的冲击响应，研究其对拦挡坝的冲击力以及泥石流的爬升高度的影响。4.1试验装置所开展的泥石流物理模型试验系统分为：物源区、流通区和堆积区。分别由供料池、有机玻璃水槽、弧形拦挡坝、泥石流收集回收装置及传感器、高速摄像机等设备组成；该系统可模拟泥石流从启动、运动、冲击拦挡坝的全过程，试验装置如图4所示。水槽顶部为供料池，为试验提供泥石流浆体。钢架水槽为矩形断面，两侧壁安装钢化玻璃，便于对泥石流与拦挡坝间的冲击过程进行观察。水槽尺寸长4m，宽0.25m，坡度调节范围为0o～39o。弧形拦挡坝模型安装在水槽的末端，弧形拦挡坝上安装有压力传感器（如图5(c)所示），便于测量泥石流与拦挡坝间冲击力。在水槽的下方设置回收池，方便循环利用泥石流颗粒材料。4.2测试系统测量系统主要由两部分组成，分别为测试传感系统和高速摄像系统。其中测试传感系统包括次声传感器和动态压力传感器。3个次声传感器用于测量泥石流到达坝前的流深，4个?
【参考文献】：
期刊论文
[1]舟曲泥石流堰塞坝稳定性分析及应急预案研究[J]. 王文甫,胡振邦. 水力发电. 2019(08)
[2]泥石流拦挡坝破坏模式调查分析[J]. 齐得旭,闫俊,张云卫. 资源环境与工程. 2018(01)
[3]泥石流冲击特性模型试验[J]. 陈洪凯,唐红梅,鲜学福,张玉萍. 重庆大学学报. 2010(05)
[4]我国泥石流防治进展[J]. 崔鹏. 中国水土保持科学. 2009(05)
[5]泥石流大块石冲击力的简化计算[J]. 何思明,吴永,沈均. 自然灾害学报. 2009(05)
[6]泥石流颗粒组成的分形特征[J]. 李泳,陈晓清,胡凯衡,何淑芬. 地理学报. 2005(03)
本文编号：3005599
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/gongchengguanli/3005599.html
