泥石流大块石冲击力的简化计算

泥石流对构筑物的冲击破坏,常常是由泥石流中的大块石冲击所致,因此大块石冲击力的计算在泥石流防治工程设计中就显得非常重要.但目前有关泥石流冲击力的计算方法都比较粗糙,计算结果偏大,计算过程繁琐,不便快速用于工程实践.为此,以弹塑性理论为基础,结合试验引入合理假设,提出了常见几类泥石流防治结构的冲击力计算方法,并给出了相应的计算公式.结果表明,泥石流防护结构的刚度对大块石的冲击力有重要影响,简支结构的吸能效果高于防撞墩.     

带连续防撞墩的新型泥石流拦挡坝抗冲击性能分析

大块石冲击是造成泥石流拦挡坝破坏的主要因素之一,为了提高拦挡坝的抗冲击能力,提出一种带连续防撞墩的新型泥石流拦挡坝。利用ANSYS/LS-DYNA,对泥石流大块石冲击新型坝和重力式拦挡坝进行了数值模拟,分别得出了新型坝和重力坝的冲击动力响应并进行对比分析。此外,考虑不同的防撞墩尺寸、布置间距以及不同的后部坝体厚度,对新型坝进行参数分析。结果表明:新型坝提高了自身抗冲击性能的同时还提高了材料强度利用率,其明显优于普通坝。防撞墩的截面高度、布置间距以及后部坝体的厚度对新型坝的抗冲击性能和整体刚度影响很大,因此在新型坝设计中必须综合考虑以上因素。     

泥石流区桥墩损毁机制与控制研究

为了保证安全,泥石流多发区的道路常采用桥梁的方式通过。位于泥石流区的桥梁的桥墩在泥石流暴发时受到泥石流的冲击,常会造成不同程度的损毁。泥石流冲击力是泥石流区桥墩受到的主要荷载,目前在计算泥石流冲击力时一般将其视为均质体,但是泥石流为固液两相流体,因此得到的计算结果误差较大。为了提高精确度,本文对泥石流冲击力计算公式进行了修正,先分别运用动力学中的弹性碰撞理论和牛顿第二定律对泥石流固相和液相的冲击力进行计算,然后将其进行叠加,得到总的泥石流冲击力。泥石流区桥墩破坏的模式主要有冲击破坏、倾覆破坏和滑动破坏3种形式。为了减小泥石流对桥墩的破坏能,可在桥墩受到泥石流冲击的部位设置消能层,通过算例发现,设置消能层后冲击力减小了26.94%。     

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。     

共生型泥石流对建筑物结构损伤的多尺度分析

为了获得泥石流对建筑物结构损伤情况,提高泥石流下建筑结构损伤检测精确性,针对共生型泥石流对建筑物结构损伤进行多尺度分析。结合LiDAR点云数据和航空摄像数据,提取泥石流灾害建筑物结构相关信息;分析泥石流的冲击机理和地貌形迹。结合实际观测和基础信息,计算泥石流的冲击力和建筑结构最大位移,获得共生型泥石流对建筑物结构冲击作用下的影响因素。利用简化泥石流作用力,对一个二层建筑结构在共生型泥石流冲击下的损伤位移情况进行模拟,设计四种工况,通过不同工况在泥石流下的冲击响应实现结构损伤多尺度分析。结果表明:结构柱产生位移的主要影响因素为泥石流整体作用力,一旦遇到大石块,位移会有增加趋势;建筑结构最大位移和泥石流密度、刚度等因素相关;结构最大位移模拟值与理论值拟合度高;泥石流中比较大的石块为建筑物结构受到损伤的关键因素,可利用减小结构刚度减缓冲击力。     

泥石流浆体冲击拦砂坝荷载计算的实验研究*

泥石流冲击力大小是泥石流灾害防治工程设计最重要的参数之一,但到目前为止,泥石流对拦砂坝的冲击力计算还存在很大争议。本文通过在拦砂坝上安装冲击力传感器测量冲击力值,详细分析不同容重泥石流,不同沟道坡度及不同拦砂坝迎水面倾角等因素下泥石流对拦砂坝坝体的冲击作用。研究表明,影响泥石流浆体冲击力大小的主要因素有泥石流容重、沟床坡度和泥石流流速;在沟道坡度和泥石流总量相同时,泥石流浆体冲击力大小随泥石流容重的增加而降低;在泥石流容重不变时,随沟道坡度的增加而增加;泥石流容重和沟道坡度的影响主要反映到泥石流流速的变化中,推导出新的泥石流浆体冲击力大小计算公式;该公式表明,泥石流浆体冲击力大小同泥石流表面流速呈正比例关系,而比例系数因泥石流容重的不同而不同。分析比较了新公式同原有公式的差异,并举例说明了新计算公式的实用价值,为泥石流防治工程设计提供技术支撑。     

非规则多跨简支梁桥纵向地震反应及参数影响分析

考虑支座非线性和桥墩弹塑性的影响,建立了不等墩高5跨非规则简支梁桥的有限元模型。采用非线性时程分析方法计算了不同地震波输入下多跨简支梁桥的纵向地震反应,研究了非规则多跨简支梁桥邻跨刚度比及上部结构间相互碰撞效应对桥梁纵向地震位移反应和内力反应的影响规律。研究表明,邻跨刚度比对非规则多跨简支梁桥的桥墩剪力、墩底弯矩、墩顶位移、梁体位移、墩梁间相对位移及主梁间相对位移有着显著的影响,并且邻跨刚度相差越大,影响越为显著,更容易使上部梁体发生落梁破坏;考虑桥梁上部结构碰撞效应时,邻跨比对桥梁结构反应的影响受地震波的影响较大,碰撞未必加剧落梁破坏。     

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。     

船舶与桥墩防撞系统碰撞的数值仿真分析

船舶与桥墩防撞系统的碰撞是一种复杂的非线性动态响应历程，整个系统的动态变形和应力变化过程主要取决于桥墩防撞系统的特性。探讨了碰撞力学及数值仿真分析的基本原理，并以某跨海大桥为例，借助于非线性有限元软件LS-DYNA，仿真分析了船舶撞击桥墩防撞系统的基本过程，反映了船舶与桥墩防撞系统碰撞时碰撞力、能量转化及防撞系统能量吸收和变形的时间历程，可供同类型桥墩防撞系统设计参考。     

考虑流固耦合作用的深水桥墩地震响应分析

地震作用下,深水桥墩与周围水体的耦合振动是一个非常复杂的动力相互作用问题。本文基于非线性Mori-son方程,采用Airy波浪理论,建立了深水桥墩考虑流固耦合作用的有限元模型,应用Newmark-β法提出了求解该耦合非线性方程的算法,并用ANSYS软件和Matlab软件自编了求解程序。以某跨海大桥深水桥墩为算例,对其进行在地震作用下的非线性动力分析,并与已有计算方法进行对比。结果表明:按本文方法计算的墩顶最大位移、墩底最大剪力及墩底最大弯矩均较大,差异最大达到12.5%。因此在极端海况条件下,对深水桥墩进行地震作用下的动力分析时,建议采用本文考虑流固耦合的方法。     

丹巴县邛山沟特大灾害性泥石流汇流过程分析

在实际调查的基础上,对2003年7月11日发生在四川省丹巴县邛山沟的特大灾害型泥石流汇流过程进行了模拟.研究发现,邛山沟泥石流的产生,系由于流域基岩表面的残破积物在70多天的断续降雨过程中饱和或接近饱和,在7月11日晚突降暴雨的作用下,沿途坡面土体基本同时启动,坡面泥石流汇流,产生高容重的粘性泥石流,最后与左支沟(甲沟)的洪水汇合形成大规模的泥石流.沿途由于粗大颗粒的堵塞,峰值流量在有些断面迅速增大.     

格宾-柔性网泥石流组合拦阻结构模型试验研究*

引用新型的柔性拦阻网和格宾结构被认为是泥石流治理工程的新趋势。基于泥石流模型试验,设置了一道格宾和一道柔性网,组成了格宾-柔性网组合结构,通过分析拦阻结构迎水面的冲击力和被拦阻物源的级配组成,结果表明:(1)泥石流格宾-柔性网组合的拦阻效果明显,既具有快速排水的优点,也具有将固体物质拦截的特点;(2)拦阻结构的孔隙率对被拦截物源的粒径有分选作用,根据不同的泥石流类型,可以调整拦挡结构的孔隙率,以达到最好的拦挡效果;(3)拦阻结构底部受力比较大,冲击力从底部向上逐渐减小。第一道拦阻结构(柔性网)上不同位置处的冲击力相差最大,第二道拦阻结构(格宾)不同位置冲击力相差较小。     

竹林关大柴沟大型泥石流的形成机理与发展趋势

通过对陕西省丹凤县竹林关镇大柴沟泥石流进行现场勘查分析,总结了泥石流的孕灾背景,揭示了泥石流的典型特征和基本物理力学参数,在此基础上,分别从泥石流的物质来源、形成环境、诱发条件等三大条件分析了泥石流的形成机理,归纳了大柴沟泥石流具有典型的滑坡激发性、周期暴发性、强烈致灾性等特点,对泥石流的危险性进行了现状分析和预测评价。结果表明:软硬相间的岩层和强烈的构造运动是造成岩体变形破碎的主要原因,为泥石流提供了丰富的物源,垂直高差较大、沟道狭窄为泥石流提供了良好的孕灾环境,百年一遇的暴雨是大柴沟泥石流形成的诱发条件,同时受暴雨影响,沟内产生多处浅表层滑坡堵塞沟道,为泥石流聚集了能量,以至形成规模更大、破坏性更强的泥石流。研究过程采用了实测计算与经验公式估算相结合的多种方法进行对比研究,也充分验证了经验公式的适用性。     

四川色达县切都柯沟“7.8”泥石流灾害特征及危险性分析

2004年7月8日四川色达县歌乐沱乡切都柯沟发生了中等规模泥石流,最大流速10.4m/s,洪峰流量156m3/s,冲出方量约7×104m3,造成了一定的财产损失。泥石流稠度大,冲击力强,具有明显的直进性特征,为粘性泥石流。切都柯沟泥石流发育阶段为壮年(偏幼)期。切都柯沟为中度危险的泥石流沟,该沟一次泥石流最大堆积危险范围39902m2,最大堆积长度284m,最大堆积厚度4.32m。提出了相应的防治措施:一是在滑坡崩塌处进行加固,采取沟岸护坡等措施;二是在沟谷上游修建谷坊、拦挡坝,以降低流速,削减泥石流能量和规模。     

磨西河特大型泥石流堵塞大渡河分析——以一次泥石流规模、不同频率雨洪法流量定量计算

通过一次过程总量与堵河最小规模的计算,磨西河泥石流堵塞大渡河最小的一次过程总量为84.26万m3。在不同频率下的泥石流一次过程总量计算中,当P=2%(50年一遇),磨西河一次过程总量为83m3,发生堵河可能性较大。     

泥石流冲击荷载的时频分析方法及应用

泥石流的能量转化主要集中于运动过程中,泥石流冲击压力随时间变化的过程是其能量不断变化的综合表现.本文分析了泥石流能量转化过程及冲击荷载的紊流形态,并根据其脉动特性,将泥石流冲击荷载作为信号进行研究.以大型泥石流模型试验为基础,利用小波时频分析方法将试验测取的泥石流冲击荷载映射为时间与频率的联合信号,得到同一时间9个频段...     

溪洛渡坝区下游癞子沟泥石流发育特征及堵江可能性分析

在野外详细调查、测绘的基础上,研究了癞子沟泥石流的特性,分析了泥石流堵江的可能性。研究结果表明,癞子沟是一条老泥石流沟,泥石流的性质为过渡—粘性,容重为1.8～2.2 t/m3,规模属大—特大型。通过计算和分析,癞子沟泥石流在区域性降雨条件下,不会堵断金沙江,但是在局地暴雨条件下,可能堵断金沙江。如果在200年一遇泥石流堵断的情况下,堵河的高度达20.11 m;500年一遇时,堵河的高度达30.39 m。堵江后不但会淹没大坝尾水出水口,而且导致沟口右岸的癞子沟碴场失稳,形成灾害链。