新型泥石流柔性防护体系动力响应与试验研究

发布时间：2020-08-01 18:31

【摘要】：在中国的西北、西南等地泥石流是一种高发的自然灾害,其带来人身与财产损失亦非常惨重,因此,对于泥石流的防治工程的研究是是十分必要的。我国的防治工程大部分采用重力坝,但重力坝有造价高、施工困难等缺点。柔性防护体系一直被应用于公路两旁的落石拦截,其不仅施工便捷、造价低而且修复替换十分容易。因此考虑是否可以将柔性防护体系应用于泥石流防治工程上,之前虽然有但是形式单一,应用范围较小。国家自然基金是本文依托之本,参考目前已有的柔性防护体系,在此基础上提出了本文的结构—新型泥石流柔性防护体系。用有限元软件对提出的新型柔性防护体系的动力性能进行了有限元数值模拟,并对缩尺模型的一些工况进行了试验研究。本文还在新型柔性防护体系的基础上提出了外挂网型柔性防护体系,用相同的数值模拟方法进行动力性能研究。本文应用有限元软件ANSYS/LS-DYAN,对新型柔性防护体系及外挂网型柔性防护体系的动力响应特征展开研究,得到其一些规律及失效破坏模式。为完成这篇论文,做的前期准备及工作包括以下几个方面:(1)查阅大量关于柔性防护体系及泥石流防治工程的文献资料,针对柔性防护体系在泥石流方向的应用一些缺点提出了新型泥石流柔性防护体系。确定及设计新型柔性防护体系的尺寸、冲击工况、数值模拟方法。研究分析冲击物不同冲击速度、质量、冲击位置时,新型柔性防护体系的能量转化率大小、位移大小及规律,受到冲击力大小及碰撞接触时间。改变体系的钢索直径、网格尺寸、材料强度,分析哪种直径及尺寸为最佳,研究发现冲击能量越高,冲击力越大,位移越大,而且转化为内能的转化率越高;钢索直径并不是越大或网格尺寸越小结构的应力越小。因此建议在工程中应选择合适的钢索直径及网格尺寸。(2)根据对模型做的数值模拟的结果得基础上进行分析,并设计试验方案。方案包括确定试验要做的工况、模型尺寸大小、各种数据测量及输出所需仪器。实施试验,一边做试验一边观察试验现象做好试验记录,每做完一组试验对结果进行分析处理。试验完成后将结果总结并与数值模拟结果进行分析比较,比较分析得出的规律是否一致,因此验证数值模拟结果的准确性。对比结果表明试验与数值模拟结果的规律变化相同。(3)在新型柔性防护体系的基础上,加入环网形成外挂网型柔性防护体系,对其进行数值模拟。分析网格尺寸、冲击点位置及高度、冲击质量、钢索直径、冲击速度的不同对结构的影响并与新型柔性防护体系结果进行比较。发现加入环网后可以很好的减小位移及减少应力集中。本文的研究成果希望对新型柔性防护体系日后在泥石流防治工程的应用提供了一些建议及参考,为工程的修建提供了一些理论及数据依据。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P642.23
【图文】：

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新型泥石流柔性防护体系动力响应及试验研究而又美丽的乡间小村，因位于受灾最严重的地带，整个村庄几乎被全部掩埋一片狼藉。这次爆发的泥石流流经途中，将沿途的建筑物全部冲倒，此外由石流中含有大量的砂浆，以致冲入白龙江的泥石流阻断白龙江而形成了堰塞湖一部分泥石流由于流量及速度太大还冲上对岸街道，将街道掩埋[6]。2008 年 12 日爆发的汶川地震使灾区斜坡地质结构遭到破坏，形成了足够的松散碎积物埋下了爆发泥石流的隐患。在 2010 年 8 月 13 日，由于暴雨诱发泥石流发生。这次爆发的泥石流震区乡镇 6000 余人遭受不同程度灾害,并造成一些的死亡和失踪。清平乡场镇也被泥石流大范围破坏和埋没,受损的房屋建筑,地总户数的 20.9%,经济损失 6 亿元左右[7]。该地震前也发生过泥石流，但对震前后发生的泥石流，发现震后发生的泥石流的频率和规模要比震前大的多发的灾害也严重得多[8]。可见泥石流常发地一旦发生地震，再次发生泥石流模和造成的灾害将相对以前更加严重，应提前加强防护工程。

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a) UX 型 b) UV 型图 2.1 UX 型泥石流柔性防护系统图参考舟曲泥石流灾后治理的相关资料及 Wendeler.C 在瑞士 Illgraben 进行的有关泥石流柔性防护体系现场试验，建立如图 2.2 所示的防护体系模型，所有的模型的总高度均为 6500mm，横向钢索最长为 11500mm，最短为 8750mm，图 2.2尺寸标注为工况 1 的尺寸为例，网格尺寸为 0.7m。其他工况总高总长相同只是网格尺寸不同。本文一共模拟 17 种工况进行数值模拟，具有如表 2.1，包括不同工况所用冲击物直径、速度和防护体系的钢索直径、网格尺寸及材料属性。其中工况 2 为公用基本工况，几种不同的比较均用到工况 2。工况 1,2,3 与工况 4,2,5 这两大类比较的是冲击物对柔性防护体系的比较，主要是冲击能量的不同。剩下的其他工况为柔性防护体系自身钢索直径、网格尺寸、材料属性、撞击高度不同，分析对体系的冲击力、位移、能量、应力应变等的影响比较。

【参考文献】