落石冲击作用下棚洞顶缓冲垫层优化设置研究

发布时间：2019-11-16 23:12

【摘要】：本文依托国家自然基金项目(编号:51108488),以模型试验、数值模拟为研究手段,研究了垫层密实度、落石质量、落石下落高度、垫层厚度等因素变化下对落石冲击的变化规律,获得了垫层最优厚度的取值,并以此为基础研究了垫层不同加筋类型和不同加筋位置时动态土压力的变化规律,对加筋垫层设置进行了优化,为完善缓冲垫层优化设置提供了依据。主要研究成果如下:(1)模型试验结果显示,垫层密实度对落石冲击力影响显著。密实度越大,落石冲击力越大;落石质量和下落高度的增加,落石冲击力增加呈现线性增长趋势。当密实度从自然状态到稍密状态时落石冲击力增加52.4%~70.6%,当密实度从稍密状态到密实状态时,落石冲击力增加10.2%~42.1%。证明了在设置缓冲垫层时,对垫层的碾压会增加落石冲击力,是不合理的,建议在缓冲垫层设计时采取自然状态铺装。(2)模型试验结果显示,随着垫层厚度的增加,落石冲击力逐渐减小,当垫层厚度增加到一定数值,落石冲击力减小幅度小于因垫层厚度增加所增加的自重,则前一个垫层厚度就是此种情况下对应的最优垫层厚度。通过本次实验获得不同直径落石对应垫层的最优厚度,为落石防护工程设计提供参考。(3)模型试验结果显示,在缓冲垫层材料中加筋时,抗冲击能力有显著提高。抗冲击能力为:EPS泡沫加筋材料土工格栅加筋材料河砂材料。缓冲材料垫层中加入EPS泡沫材料后,最大土压力相对单一河砂降低58.8%;加入土工格栅材料后,最大土压力相对单一河砂降低5.4%。(4)模型试验结果显示,加筋位置不同时缓冲垫层抗拦截能力差异较大。抗冲击能力随加筋位置的不同从大至小依次为:垫层上部垫层中间垫层底部,即在垫层上部加筋时棚洞顶部动态土压力最小,比单一砂垫层时减小58.7%,在此处加筋抗拦截效果最佳,建议工程中采用。(5)通过数值模拟结果显示,采用橡胶代替等厚度砂垫层能有效降低棚洞结构应力和挠度。垫层为1m厚的砂时棚洞结构应力和挠度最大,垫层为1m厚的橡胶时棚洞结构应力和挠度最小。垫层为1m厚橡胶时,棚洞结构应力最大减小27.2%,挠度最大减小23.5%。建议在棚洞结构应力和挠度符合要求时,从安全和经济的角度考虑尽量采用橡胶来代替砂垫层。
【图文】：

这些概念分别从不同角度上定义了岩石块体各个时期的存在状态。如危岩，是指高陡岩质边坡上，岩体本身的各种结构面，在物理的、化学的、生物的外力作用下（如重力、地震、降水、植物生长、人工干扰）将原本为一个整体的岩石体分割成多个孤立的、稳定性较差的小岩块。落石则是重点突出岩块崩落的运动特征，当危岩因某种原因从原处位置脱离母岩，向下运动、碰撞、滚落即为落石事件。若落石事件造成人员的伤亡、财产的损失、环境的破坏、社会的负面影响，就形成了落石灾害。崩塌则可看作是大规模的落石事件，也意味着可能形成更大的崩塌灾害。为简化处理，本文统一称为落石，在某些分析条件与情境下，也使用危岩、块石、滚石、崩塌等术语。在我国交通运输建设发展过程中，中西部地区铁路公路建设占了相当大的比重，鉴于中西部地区尤其是川贵渝地区山高谷深、地质条件复杂，大规模交通建设必然会带来大范围、多类型的岩土地质灾害，如因展线需要而进行切坡造成的边坡失稳、崩塌、落石，公路铁路隧道洞口的坍塌等灾害，如图 1.1~1.2。其中，危岩、滑坡、泥石流作为山区三大自然灾害，已成为西部开发与交通建设大发展的重要制约因素。

这些概念分别从不同角度上定义了岩石块体各个时期的存在状态。如危岩，是指高陡岩质边坡上，岩体本身的各种结构面，在物理的、化学的、生物的外力作用下（如重力、地震、降水、植物生长、人工干扰）将原本为一个整体的岩石体分割成多个孤立的、稳定性较差的小岩块。落石则是重点突出岩块崩落的运动特征，当危岩因某种原因从原处位置脱离母岩，向下运动、碰撞、滚落即为落石事件。若落石事件造成人员的伤亡、财产的损失、环境的破坏、社会的负面影响，就形成了落石灾害。崩塌则可看作是大规模的落石事件，也意味着可能形成更大的崩塌灾害。为简化处理，，本文统一称为落石，在某些分析条件与情境下，也使用危岩、块石、滚石、崩塌等术语。在我国交通运输建设发展过程中，中西部地区铁路公路建设占了相当大的比重，鉴于中西部地区尤其是川贵渝地区山高谷深、地质条件复杂，大规模交通建设必然会带来大范围、多类型的岩土地质灾害，如因展线需要而进行切坡造成的边坡失稳、崩塌、落石，公路铁路隧道洞口的坍塌等灾害，如图 1.1~1.2。其中，危岩、滑坡、泥石流作为山区三大自然灾害，已成为西部开发与交通建设大发展的重要制约因素。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U453.8

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 邓力源;石少卿;汪敏;孙建虎;;废旧轮胎在新型柔性拦石墙结构中的应用与数值分析[J];后勤工程学院学报;2015年01期

2 郭江;王全才;张群利;郭绍平;吴清;;落石冲击荷载下框架门式棚洞结构优化探讨[J];水文地质工程地质;2014年06期

3 张耀;年鑫哲;严东晋;孙传怀;王浩舟;;水体防爆墙和混凝土防爆墙对爆炸冲击波的消减效应[J];振动与冲击;2014年18期

4 郭绍平;王全才;吴清;张群利;;一种改进的落石冲击力计算方法[J];山地学报;2014年03期

5 袁进科;裴向军;;滚石冲击对彻底关大桥墩柱的破坏模拟研究[J];公路;2014年02期

6 汪敏;石少卿;阳友奎;;新型柔性棚洞在落石冲击作用下的试验研究[J];土木工程学报;2013年09期

7 何思明;庄卫林;张雄;吉随旺;程强;;都汶公路彻底关大桥桥墩抗滚石冲击防护研究[J];岩石力学与工程学报;2013年S2期

8 伍臣宇;高峰;;地震区棚洞合理结构形式的研究[J];重庆交通大学学报(自然科学版);2013年01期

9 王东坡;何思明;李新坡;向波;;冲击荷载下EPS垫层棚洞耗能减震作用研究[J];四川大学学报(工程科学版);2012年06期

10 王林峰;唐红梅;陈洪凯;;消能棚洞的落石冲击计算及消能效果研究[J];中国铁道科学;2012年05期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 叶四桥;唐红梅;祝辉;;危岩落石威胁区域预测[A];第二届全国岩土与工程学术大会论文集（上册）[C];2006年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 孟一;冲击荷载作用下钢筋混凝土梁的试验及数值模拟研究[D];湖南大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 周继云;基于LS-DYNA的新型棚洞板耗能减震分析[D];华中科技大学;2011年

本文编号：2562049