泥石流作用下鋼-混凝土組合式新型攔擋壩動力性能分析及試驗研究.pdf

1、泥石流是斜坡上或溝谷中含有大量泥、砂、石的固液兩相流，其常常暴發(fā)突然并具有流速快、流量大、破壞力強等特點，是不良地質(zhì)山區(qū)常見的一種自然地質(zhì)現(xiàn)象。隨著山地環(huán)境退化、地表結(jié)構(gòu)惡變、生態(tài)平衡失調(diào)，再加之人類活動的負面影響，全球范圍內(nèi)的泥石流災害頻繁發(fā)生，給當?shù)厝罕姷纳敭a(chǎn)及區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成了嚴重危害。本文依托于國家科技支撐計劃重點項目課題—白龍江流域滑坡泥石流工程防治技術(shù)研究與示范（2011BAK12B07），提出了兩種防治理念截然不同的鋼

2、-混凝土組合式新型攔擋壩，并對其在泥石流作用下的動力性能進行了數(shù)值模擬和試驗研究，為實際工程提供了技術(shù)支撐，完成的具體工作和取得的主要成果如下：
　?。?）對泥石流災害防治工程中廣泛應用的重力式攔擋壩作出了改進，提出了兩種新型攔擋壩，其中一種壩體的前部為混凝土實體而后部設(shè)置鋼支撐體系，以增強結(jié)構(gòu)的整體剛度，另一種壩體的后部為混凝土實體而前部設(shè)置耗能元件，以耗散沖擊能量。
　?。?）基于計算流體動力學理論和流固耦合分析方法，將

3、計算流體動力學軟件CFX與結(jié)構(gòu)靜力分析模塊Static Structural相結(jié)合，對重力式攔擋壩與帶有鋼支撐體系的新型攔擋壩進行了泥石流漿體空庫過流動壓力作用下的單向流固耦合對比分析，得到了流動狀態(tài)穩(wěn)定后的泥石流漿體總壓力分布，并對攔擋壩結(jié)構(gòu)設(shè)計中荷載工況的選取提出了一點建議，同時在結(jié)構(gòu)分析中引入了水利水電工程拱壩體型設(shè)計中的柔度系數(shù)作為一項重要參數(shù)，進而給出了該新型攔擋壩的結(jié)構(gòu)方案及其適用條件。
　?。?）應用顯式動力學計算程

4、序ANSYS/LS-DYNA對重力式攔擋壩與帶有鋼支撐體系的新型攔擋壩在固體沖擊下的動力響應進行了混凝土實體厚度、支撐間距和沖擊高度三個方面的參數(shù)數(shù)值模擬及對比分析，同時，根據(jù)數(shù)值模擬研究成果，設(shè)計并實施了相應的固體沖擊模型試驗，通過對試驗現(xiàn)象、動力響應時程及動力響應峰值的對比分析，驗證了該新型攔擋壩的優(yōu)越性能。此外，比較了固體沖擊物最大沖擊力的試驗推算值與某理論公式計算值，證實了該公式的正確性，從而為攔擋壩結(jié)構(gòu)設(shè)計中泥石流大塊石沖擊力

5、這一重要參量的量化計算指明了可靠方法。
　　（4）選取考慮了材料損傷和應變率效應的混凝土HJC（Holmquist-Johnson-Cook）動態(tài)本構(gòu)模型作為攔擋壩混凝土實體材料的本構(gòu)模型，在此基礎(chǔ)上，應用ANSYS/LS-DYNA程序?qū)χ亓κ綌r擋壩與帶有鋼支撐體系的新型攔擋壩抗固體沖擊模型試驗的典型工況進行了數(shù)值模擬和對比分析，一方面進一步支持了試驗結(jié)論，另一方面試驗驗證了該本構(gòu)模型的可靠性及其各項參數(shù)取值的正確性。此外，就實測

6、結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果之間的誤差作出了分析和解釋，從中獲得了一些實用經(jīng)驗，促進了相關(guān)試驗工作的更加完善。
　?。?）應用ANSYS/LS-DYNA程序?qū)χ亓κ綌r擋壩與帶有耗能元件的新型攔擋壩在固體沖擊下的動力響應進行了沖擊物質(zhì)量、沖擊物速度、沖擊高度和彈簧剛度四個方面的參數(shù)數(shù)值模擬及對比分析，同時，根據(jù)數(shù)值模擬研究成果，設(shè)計并實施了相應的固體沖擊模型試驗，通過對試驗現(xiàn)象、動力響應時程及動力響應峰值的對比分析，驗證了該新型攔擋壩的優(yōu)越性