落石冲击下多种类型土壤缓冲性能研究

针对现有研究对落石灾害中不同类型土壤中落石的最大冲击力和冲击力变化规律偏差较大的情况,对落石在四种土壤中的冲击力进行研究。通过试验验证SPH-FEM方法在冲击力方面的适用性。采用SPH-FEM模型分析落石在四种土壤中的最大冲击力、冲击力时程曲线规律和在砂土中的冲击力时程曲线公式。分析结果表明:SPH-FEM数值模型能够准确用于研究落石在土层中的最大冲击力和冲击力时程曲线。四种土壤的缓冲性能顺序为砂土、黏土、壤土和黄棕壤。研究得到落石在四种土壤中的最大冲击力与落体直径、冲击速度的关系曲线以及在砂土中的冲击力时程曲线公式。     

利用冲击力信号判断泥石流颗粒垂向分选的试验研究

分别提出根据冲击力数据的波动强度和峰值情况进行泥石流颗粒垂向分选研究的系统方法,并配置了三组不同容重(2 095 kg/m3、2 008 kg/m3和1 960 kg/m3)的粘性泥石流样品开展泥石流冲击试验。两种方法的分析结果基本一致,即容重为2 095 kg/m3的泥石流分选不明显,其他两组泥石流呈现出正粒序分布且容重越小分选越显著。量纲分析表明,开展的试验粘滞力在运动中起主导作用,颗粒之间作用力较小,不容易发生反粒序分选,这与通过冲击力分析颗粒垂向分选的结果一致,因此提出的利用冲击力信号判断泥石流颗粒垂向分选的系统方法具有适用性。     

轴向中空壁管抗冲击性能试验研究与数值分析∗

轴向中空壁管作为一种新型结构壁管,几何构型简单、空间利用率高、且能量耗散性好,近年来在市政工程中得到广泛应用。为研究轴向中空壁管在低速冲击作用下的力学响应和耗能特性,设计了 20 个试验工况,以落锤冲击试验模拟施工过程中受到的落石冲击和机械撞击作用,基于量纲分析法提出冲击力峰值的计算方法,通过有限元软件 ABAQUS 对试验结果进行验证,并根据有限元计算结果分析管道在低速冲击作用下的变形特性和损伤机理。研究表明：数值分析结果与试验结果吻合较好,冲击力时程曲线趋势基本一致,冲击力峰值误差在 5% 以内。 轴向中空壁管具有良好的抗冲击性能,其双壁中空结构具有较好的能量耗散性,落锤与管道接触瞬间会产生较大的冲击力,12.9 kg 的落锤从 2 m 处自由下落冲击管道可产生 15.28 kN 的冲击力。对比 20 个试验工况的冲击力峰值试验值与计算值,误差均较小,最大误差为 5.8%,即冲击力峰值计算方法准确性较高。随着落锤高度和质量的增加,冲击力峰值增大,损伤区域和凹痕深度也随之增大,最大塑性应变由外壁内侧转移到外壁与加劲肋的连接处, 呈现出外壁损伤和加劲肋损伤两种损伤模式。提出的冲击力峰值计算方法和管道塑性损伤规律可以为施工过程中轴向中空壁管在落石冲击和机械撞击作用下的安全评价提供理论依据。     

基于Rockfall数值模拟的边坡落石防护网修复加固方案研究∗

某水电站尾水支洞边坡多次发生落石灾害,原被动防护网已发生局部破损,严重威胁着尾水支洞施工期和运行期的安全,需对原防护网进行修复加固。由于山体陡峭、地貌复杂,人工调查无法确定落石源,采用高精度无人机航摄初步排查出四处可疑危险源区域,利用Rockfall 软件进行落石轨迹模拟计算,通过对比分析计算成果与观测到的落石落点位置与威胁区域分布情况,反分析确定了两处落石源。在此基础上,根据落石源的落石运动特征,复核分析了原防护能力不足的原因,发现原防护网的能级和高度不足是导致落石灾害发生的主要原因。通过提高防护网的能级和高度,提出了原位修复和增高加固两种方案。研究结果表明：两种方案均能有效减小落石威胁区域面积、降低落石率、改善运动特征参数。其中增高加固方案的防护效果更加显著,落石被全部拦截,落石弹跳高度和动能的最大值分别降低了69.64%、66.02%。对被动防护网破损部位的修复加固,综合考虑现场实际情况与落石模拟计算成果进行修复方案设计更为科学合理。研究成果可为该工程的落石防护方案提供科学依据,为类似工程设计与落石分析提供参考。     

S210线轻钢结构滚石防护棚洞动力响应与优化研究

以2013年芦山7.0级地震生命通道S210线滚石灾害防治为背景,在崩塌滚石灾害特征调查和研究的基础上,根据S210线应急抢险的需求,提出一种新型轻钢结构滚石防护棚洞技术:采用钢板和槽钢为主骨架,双层钢板夹EPS材料为顶板,并将顶板设为20°~25°以提高抗冲击能力。通过动力有限元数值模拟,开展滚石冲击荷载下轻钢结构棚洞动力响应机理与优化设计研究。计算结果表明:轻钢结构棚洞具有较强的抗滚石冲击能力,能承受1 500 k J滚石冲击能量,且施工方便快捷,不影响正常交通,是S210线应急保通较为理想的滚石防护措施。目前轻钢结构棚洞已在S210线滚石危险区段投入使用,效果显著,对确保震后S210线畅通和灾后重建发挥了重要作用,也可在类似山区公路滚石灾害防治中推广应用。     

基于弹塑性理论的溃坝尾矿砂下泄冲击力研究∗

为确定溃坝尾矿砂下泄冲击力,以弹塑性力学为基础,从微粒弹性碰撞入手,建立单尾矿砂微粒的冲击模型,并扩展至团聚尾矿砂的冲击力求解模型,推导出均匀级配、固液耦合的冲击力计算公式。结果表明:单尾矿砂微粒可通过弹性力学理论描述碰撞过程、求解碰撞力和碰撞时间;尾矿砂团聚微粒的碰撞模型的构建应考虑液相的粘聚力、颗粒间的接触和局部力系向空间转化三个方面;冲击速度、平均粒径和含沙量对冲击力的影响均呈幂函数型增加,干密度呈线性增加,相同边界条件下,冲击速度的改变对冲击力的影响最大,平均粒径和含沙量次之,干密度影响最小,该结果代表了尾矿砂所特有的细颗粒、级配均匀所展现的特征,为尾矿砂下泄冲击计算提供理论依据。     

山区乡村房屋模型洪水冲击试验研究

洪水对山区乡村房屋冲击作用的试验研究成果,可为山区乡村房屋的抗洪设计和抗洪能力评价提供依据。试验主要研究到溃口不同距离处的乡村房屋所受的洪水冲击作用。采用3种开洞率模型进行试验,研究洪水在不同距离、不同开洞率的情况下对房屋结构的冲击荷载分布、冲击力大小以及冲击弯矩的影响,得出了荷载分布规律和冲击力、冲击弯矩的变化规律。研究结果表明,迎水面冲击荷载沿水平方向的变化无明显规律,沿竖直方向随着高度的增大而逐渐减小;冲击力随着房屋到溃口距离的增大而增大,而开洞率对其影响不明显;冲击弯矩、冲击作用力随着距离的增大而增大,随着开洞率的增大而减小。     

基于压电纤维复合材料的风沙冲击力传感器研究∗

沙尘暴是一种多发于沙漠等干旱地区的灾害天气,建（构）筑物常受其影响被侵蚀甚至产生破坏,这种破坏的本质是风沙两相流中沙粒对结构表面冲击产生细微损伤的积累。为了深入探索这种风沙两相流对结构的冲击作用和沙粒冲击力在结构表面的分布规律,研究了采用压电纤维复合材料作为力传感器来测量风沙流场中沙粒冲击力的方法,通过标定试验建立了压电传感器所受沙粒冲击力与其输出电信号之间的数学模型,构建了基于压电纤维复合材料的风沙冲击力传感器。分别采用高频测力天平和压电传感器测量低矮房屋迎风面在风沙风洞试验中所受到的沙粒冲击力,验证压电传感器测量沙粒冲击力的适用性和准确性。结果显示：两种测力方式的结果总体相差在-4.72%~5.80%,两种试验结果吻合良好;建筑物迎风面内侧所受到的沙粒冲击力大于外侧所受到的沙粒冲击力,沙粒冲击力的分布与表面风压力分布具有一定相关关系。研究成果可为结构防风沙灾害的相关研究提供参考。     

一种新型废旧轮胎组合拦石结构的试验研究

提出了一种由废旧轮胎组成的拦石结构,该结构用钢丝绳将废旧轮胎进行合理的绑扎,使轮胎与轮胎之间紧密连接,然后将该结构绑扎在用废旧钢轨或钢筋混凝土制作而成的柱子上面.当拦石结构受到落石冲击时,利用废旧轮胎的弹塑性变形吸收冲击能量.为了考察这种由废旧轮胎组成的拦石结构的防护效果,设计了试验模型,采用20 kg的砝码模拟落石,...     

油浸式变压器现场振荡型冲击耐压试验方法

为满足油浸式电力变压器现场振荡型冲击耐压试验的需要,基于 MARX 回路,根据变压器的结构特点,提出了试验电压的产生方法和试验接线方法。仿真计算和模拟试验表明:在构成的双指数波形冲击电压发生器的 MARX 回路中接入电感线圈,可产生符合 IEC 60060—3标准的振荡型冲击电压波形。     

散粒体斜坡上滚石法向碰撞恢复系数研究∗

国内外在研究滚石碰撞问题时多将碰撞目标假设为弹塑性体,从而推导出恢复系数计算公式。但是对于散粒体斜坡,由于具有结构松散、高压缩、低黏结力等物理力学特性,如果将其完全考虑为弹塑性体,那么低估了其自身的耗能潜力。为此,我们考虑了松散介质的孔隙压密特征,改进提出了散粒体斜坡上滚石法向碰撞恢复系数的计算式,并探讨了滚石碰撞再回弹的临界条件。同时以西藏昌都察达隧道进口散粒体斜坡为算例进行数值模拟,分析了5 种影响因素下滚石法向碰撞恢复系数变化规律,并与改进公式、已有相关公式计算结果进行了对比分析。结果表明改进公式与数值模拟结果较为吻合,优于假设为弹塑性体的公式计算值。研究思路及成果可为类似区域性问题提供参考。     

滨海软土中爆炸冲击对盾构隧道的影响研究∗

随着地下工程与城市管网的布设日益发展,在规划设计阶段往往需要考虑潜在发生的安全事故影响,确定安全距离。利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,结合天津滨海新区饱和软土特点,分析了可能发生的燃气管线爆炸所产生的冲击荷载对土中埋置盾构隧道的结构安全影响。运用有限元数值模拟,得到了隧道与管线的间距—隧道结构振速峰值的曲线关系;通过对标相关规范的振速限制,得到不同燃气压力下隧道—管线的安全避让距离关系。结果表明:随着燃气管道压强的增大,隧道—管线的安全避让距离呈现先增大后平稳的趋势。结论对于爆破与防护工程设计均具有重要的参考价值。     

基于3DDDA方法滚石平台防护作用研究∗

采用三维非连续变形分析(3D DDA)方法输出滚石动能和运动轨迹,其结果与现有室内实验和数值模拟方法进行比较,验证了 3D DDA 方法的准确性。通过分析滚石平台对不同坡高、不同坡角、不同折点位置的岩质边坡滚石动能、运动轨迹的影响,研究了滚石平台对滚石运动的影响规律。最后,以西藏高原朗村复杂坡形岩质边坡为工程背景,分析了坡底平台对滚石灾害的防护作用。结果表明:滚石平台可降低滚石动能,改变滚石运动轨迹,减小滚石对坡底防护结构或交通线路等结构物的冲击作用。同时,给出不同边坡特征下滚石运动及相应的平台设计宽度总体规律,为滚石平台设计提供依据。     

活动断裂错动位移模式对隧洞变形与内力的影响研究∗

在考虑多种断层错动位移模式的基础上,建立穿越活动断裂带的隧洞数值模型,进行跨活断裂隧洞断层错动的数值计算,开展不同断层错动位移模式对隧洞衬砌的变形与内力的影响研究.选择断层带中隧洞结构变形的最可能的模式——固支梁支座垂直位移时梁的结构变形作为断层带错动位移模式,即为"S"型错动位移模式.考虑"S"型与"直线型"两种位移模式对铰接设计隧洞结构变形与内力的影响.结果 表明:考虑断层带错动位移模式下,错动作用时衬砌受影响的范围主要集中在断层破碎带附近,衬砌内力峰值出现在断层带与上下盘交界处;断层错动位移模式不同,断层错动时衬砌变形以及所受内力的分布规律基本相同.但衬砌拱顶垂直位移曲线、衬砌所受内力在断层带剧变程度以及峰值大小相差较大;"S"型位移模式相对于"直线型"在对铰接衬砌的变形以及受力上有较大的差异.在进一步研究断层错动位移模式时,可对跨断层隧洞的影响研究上考虑"S"型位移模式.     

颗粒流冲击力研究现状及讨论∗

颗粒流包括滑坡、泥石流、碎屑流、雪崩等,通常对桥梁、公路、居民区具有较大危害。分析了颗粒流的运动过程及其侵蚀、堆积和爬高等特性;此外,对颗粒流冲击力计算模型及其野外观测结果进行阐述。结果表明:现有冲击力计算模型认为冲击力在结构全断面呈均匀分布,忽略了颗粒流的运动特性对冲击力的影响;大块石冲击力计算忽略了颗粒破碎和浆体垫层效应对冲击力的影响,造成巨大的计算误差;由于传统传感器的缺陷,现有野外观测结果也存在较大误差。对此本文提出野外观测需要通过引入或开发新式压力传感器以得到更准确的颗粒流冲击力大小及其分布形式,从而更精确的修正理论模型;理论计算模型研究工作需要考虑颗粒流浆体的垫层效应、流体与基底的相互作用及块石冲击破碎等对流体冲击力的影响,从而推导出更准确的冲击力计算模型,指导工程实际。     

桩基础影响下既有地铁隧道截面内力计算研究∗

城市已建地铁隧道的保护是目前市政建设中需要考虑的重要问题之一,针对非挤土桩和挤土桩两种桩型新建桩基础影响下既有地铁隧道的截面内力计算展开研究。采用"二阶段"法研究思想,首先基于桩基础荷载传递法、Mindlin位移解及柱孔扩张理论,分别计算得到非挤土桩和挤土桩在隧道截面位置处产生的土体位移。之后,将隧道衬砌简化为环形弹性地基梁模型,同时考虑土体抗力的影响,并将土体位移施加到环形地基梁模型,从而得到2种桩型引起的隧道衬砌截面的内力分布。研究过程中将理论结果与既有土工离心机试验进行了对比分析。研究结果表明:①计算方法得到的衬砌内力与既有文献土工离心式试验值差别不大且趋势一致,验证了计算方法的合理性;②挤土桩施工引起的隧道弯矩最大值增量远大于非挤土桩在极限荷载时的增量;③隧道截面弯矩最大值位置与桩端-隧道圆心相对位置有直接关系,大约位于桩端-隧道圆心连线相交处。     

泥石流防撞墩冲击力理论计算方法

在西部泥石流多发区,交通线路经常需要穿越泥石流沟,设置在泥石流沟床中的桥墩容易遭受泥石流大块石的冲击,为此,常常在其前端设置泥石流防撞墩,以达到保护桥墩的目的。防撞墩设计的关键参数是泥石流大块石的冲击力。目前,有关泥石流冲击力的计算方法都比较粗糙,计算结果与实际情况不符。本文以Thornton理想弹塑性接触模型为基础,并考虑防撞墩的弯矩变形特性,根据能量守恒定律,推导了泥石流大块石冲击力的计算公式。结果表明,考虑结构弹塑性特性后,泥石流大块石冲击力大大降低,远小于按弹性冲击理论所确定的冲击力,计算结果更符合实际情况。