泥石流冲击力计算方法实验研究

发布时间：2017-12-29 19:18

本文关键词：泥石流冲击力计算方法实验研究　出处：《成都理工大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：泥石流是山区的典型地质灾害之一,具有较大的危害性。泥石流冲击瞬间会释放出大量前期逐渐积累的物质和巨大能量,具有极大的冲击破坏力。这种破坏力主要表现为淤埋和冲击破坏,尤其是冲击破坏最为显著。经前人研究可知,泥石流冲击力由泥石流浆体动压力和大块石撞击力两部分组成,而造成结构破坏的主要因素是大块石的冲击。因此系统而深入的研究泥石流大石块的冲击力的计算模型,并藉此制定出有效的防灾、减灾措施,不仅具有很大的理论意义和巨大的经济价值,同时对保护人民的生命安全具有不可忽视的意义。泥石流巨石冲击力不仅与巨石本身的物理特性有关还与泥石流本身的性质有关,由于影响因素过多,因此研究泥石流冲击力比较困难。本文将泥石流巨石冲击力的研究分成滚石在空气和泥浆两种介质中的冲击力研究,假设无论在何种介质下,滚石和被撞物体撞击瞬间,滚石冲击力计算公式中与质量、弹性模量和速度的关系式是不变的。最终泥石流巨石冲击力的计算公式较滚石冲击力计算公式只是系数变化。而泥石流冲击力的计算公式的系数与泥石流的级配、屈服应力、容重等因素有关。通过量纲分析推导出滚石冲击力的影响因素有撞击物体的质量、撞击速度、撞击物体与被撞物体的弹性模量和撞击方向与平面的夹角,并得到了各影响因素之间的关系。然后通过设计实验、数据采集和分析验证理论推导,最终得到滚石冲击力计算模型,为了使所得到的滚石冲击力计算模型能应用到实际的工程中,最后通过多组实验分析得到泥石流冲击力的计算公式。在这一系列的实验中得到的结论有:(1)本文通过量纲分析方法得到一个量纲和谐的滚石冲击力公式。该公式F=C(EM2V4)1/3f(sina),从公式中可以看出滚石的冲击力与撞击物体的质量M、撞击速度V、综合弹性模型E及撞击方向与平面的夹角a的正弦有关。E=E1E2/(E1+KE2E1),其中E1为撞击物体的弹性模量,E2为被撞物体的弹性模量。(2)通过多组实验和数据分析,最终确定系数C=0.261,K=2,f(sina)=sin1/2a。因此得到滚石冲击力的计算公式为F=0.261(E1*E2/(E1+2E2)V4M2)1/3sin1/2a。将该模型与国内外实验数据和野外数据结果对比,公式吻合度很好,并且该模型不受大尺度限制,可用于野外实际情况。(3)在滚石冲击力实验的基础上,经过多组实验得到在清水介质下,滚石的冲击力计算模型中的速度、质量、和综合弹性模量的关系都没有发生变化。只是系数发生了变化,最终C=0.212。最终在水下滚石冲击力的计算公式为F=0.212(E1*E2/(E1+2E2)V4M2)1/3sin1/2a。(4)将清水介质换成纯浆体介质进行实验。通过多组实验得到在粒径相同的浆体中,冲击力计算模型中系数C的大小随着τ/rgd1的增大而不断减小并得到一个量纲和谐的关系式为C=0.19(τ/rgd1)^(-0.1)。其中τ为泥石流屈服应力,r为泥石流容重,d1为浆体的粒径,因为在泥石流浆体中的最大粒径为0.00005m,因此取d1=0.00005m。在浆体介质中,滚石冲击力计算公式中的系数C均小于清水中的系数。从能量的角度,泥浆中的物质比清水更能吸收冲击能量,因此比在清水中冲击力小。(5)用1mm-2mm,2mm-5mm,5mm-10mm,10-20mm,20mm-50mm五种粒径配制不同屈服应力和容重的泥石流使五种粒径都能悬浮在浆体中。然后进行试验,通过多组实验得到在泥石流介质下,泥石流中巨石的冲击力计算模型中的系数C=0.225(τ/rgd1)(-0.1)(d/d0)0.05,其中d表示试验中悬浮粒径,而d0为一般浆体中的砂的粒径,d0为常数d0=0.002m,当d/d0快速增大时,C/(t/rg)(-0.1)增大并不明显。这也表明在泥石流介质下,滚石冲击力计算公式的系数比较稳定,不会随着悬浮粒径的增大变化过于明显。(6)通过对数据的整理,最终得到泥石流冲击力的计算模型F=0.225(τ/rgd1)(-0.1)(d/d0)0.05(EM2V4)1/3sina0.5,并且该模型与国内外实验数据和野外数据结果对比,公式吻合度很好。
[Abstract]:......
【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

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