滑坡涌浪对桩柱作用力研究

发布时间：2020-05-15 02:24

【摘要】：滑坡入水产生的涌浪是一种次生灾害,严重时能直接影响航行安全、导致停航禁航,冲毁下游居民房屋、农田、公路等,威胁居民的生命财产安全,以及破坏水工建筑物致其失稳。桩柱是广泛用于桥梁、码头等涉水建筑物的一种结构。滑坡产生的涌浪作用在桩柱的冲击力对整个涉水建筑物的稳定性及安全性有至关重要的影响。通过物理模型试验及数值模拟计算,研究滑坡涌浪对桩柱作用力的特性。主要成果如下:(1)基于物理试验数据,对桩柱动水压强沿时程变化特性进行研究,分析了其沿时程变化特征、影响因子及规律等;并对比分析首浪相同情况下,桩柱结构在涌浪、规则波及孤立波作用下动水压强的异同;运用逐步回归分析法对影响因子进行筛选,得到桩柱动水压强极值的计算公式,且极值公式中幂函数的拟合程度最高,明确了桩柱所受动水压强的大小。(2)采用数值模拟软件Flow3D对滑坡涌浪进行模拟,在物理模型试验的基础上,加入滑速v及大尺寸滑块等因子对桩柱结构受到的总力进行分析。直观分析不同时刻下数值水槽的自由液面变化、z=0.445m及z=0.425m处x-y平面流场特征、y=0.4m处x-z平面流场特征、静水面波压力及桩柱受到的总力,并进一步分析桩柱总力沿时程变化规律及其随影响因子的变化。(3)桩柱动水压强及总力的变化特征类似,即涌浪传播至桩柱的一瞬间产生一个正向极值,接着产生一个负向极值,随后两者的值皆在小范围内波动并衰减。当滑块尺寸和下滑速度一定时,会产生体积涌浪,这部分涌浪携带了大部分能量,而动水压强极值及总力极值往往也是由这部分能量产生。
【图文】：

示意图,立面,示意图,桩柱

试验在长沙理工大学水利实验中心的波浪水槽中进行，水槽长５０ｍ，宽０．８ｍ，高逡逑１．０ｍ，底坡为平底，底坡为水泥抹面，边壁为玻璃。水槽上安装了大连理工大学研制的逡逑造波控制系统，该系统可模拟孤立波、规则波、不规则波等海洋及内河湖泊中的各种相逡逑关波浪。斜坡位于水槽中段，斜坡面采用木板制成，可以调整角度，滑块采用混凝土方逡逑块模拟，其尺寸为邋0．２Ｘ0．２Ｘ0．ｌｍ３、０．２Ｘ０．２Ｘ０．２ｍ３邋与邋０．３Ｘ０．２Ｘ０．２ｍ３。本实验共布逡逑置了４个浪高仪。靠近斜坡一端的为①号浪高仪，从斜坡到桩柱依次为②－④号。逡逑如图１所示，桩柱位于水槽中心线，选用ＰＶＣ管作为桩柱模型，桩柱外径０．０４５ｍ，逡逑壁厚０．００２ｍ，长０．８ｍ，以保证能同时完成９个测点的测量。桩柱距滑块入水点１．５ｍ，逡逑水槽底垂直向上０．０５ｍ处布置第一个测点，然后由下至上每０．０５ｍ布置一个测点，由此逡逑研究动水压强在桩柱垂直方向上的变化规律。随后选取部分工况测得桩柱处的浪高数据，逡逑得出传播至桩柱处的涌浪首浪浪高与周期，再用具有同样浪高与周期的孤立波与规则波逡逑进行对桩柱作用力的对比试验，，由此更直观地分析涌浪与其他波浪的不同之处。逡逑

示意图,平面布置,示意图,水槽

＿＿逦＾邋ｐ＾ｊ邋，逦，逡逑＃樱rPǎ眨剩剩rP椋蹋剩蓿椋]3?图２．３滑块尺寸图逡逑２．２实验仪器及设备逡逑２．２．１水槽及造波系统逡逑本实验在长沙理工大学水利实验中心风浪槽中进行，水槽长５０ｍ，宽０．８ｍ，高１．０ｍ，逡逑水槽端头配有造波机，端尾设有多孔隙消波介质。造波控制系统Ｗａｖｅｍａｋｅｒ是由大连理逡逑工大学研发制作的，该系统可以模拟形状稳定且重复性好的实验所需的规则波、不规则逡逑波、孤立波和椭圆余弦波等波浪类型。逡逑１０逡逑
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TV139.2;TU473.1

【参考文献】