【摘要】：泥石流是發(fā)生在山地、丘陵等地的常見地質(zhì)災(zāi)害,我國西南地區(qū)發(fā)生的泥石流一般都攜帶有大量大塊石,這些大塊石到中下游時攜帶有巨大的能量,對中下游的各種攔擋結(jié)構(gòu)物造成極為嚴重的破壞。樁林結(jié)構(gòu)攔擋壩在攔截大塊石的工程實踐中得到越來越多的應(yīng)用,但由于相關(guān)的理論研究較為滯后加之泥石流災(zāi)害防治的非標準設(shè)計,使樁林結(jié)構(gòu)的使用在技術(shù)經(jīng)濟層面得不到有效保障。鑒于此,本文針對樁林結(jié)構(gòu)在泥石流大塊石沖擊作用下的動力響應(yīng)開展了解析分析、數(shù)值計算和對應(yīng)的試驗研究,并對其結(jié)構(gòu)尺寸進行了優(yōu)化分析。主要工作和成果如下:1.分析建立樁林結(jié)構(gòu)受沖擊的力學(xué)模型,依據(jù)樁體橫向運動方程及樁體與地基強度關(guān)系分別建給出樁林結(jié)構(gòu)發(fā)生整體傾覆破壞、固定段彎曲破壞、沖擊位置彎剪破壞三種破壞類型的臨界條件公式。2.考慮樁林結(jié)構(gòu)懸臂端彈塑性特性及彎曲變形造成的能量損耗,根據(jù)前述樁林結(jié)構(gòu)受沖擊的力學(xué)模型,從碰撞發(fā)生時刻以及碰撞過程中的能量守恒角度出發(fā),推導(dǎo)了泥石流大塊石對樁林結(jié)構(gòu)簡支梁模型和樁林結(jié)構(gòu)塑性鉸模型的沖擊力計算公式。3.依據(jù)前述力學(xué)模型,建立樁林結(jié)構(gòu)“品”字形三樁結(jié)構(gòu)數(shù)值模型。利用Ansys workbench/Explicit Dynamics軟件對不同的荷載作用位置下,樁間距、排間距不同的“品”字形三樁結(jié)構(gòu)進行了大塊石沖擊下的動力響應(yīng)模擬和分析,數(shù)值分析結(jié)果與力學(xué)模型分析得出的結(jié)果較吻合。對結(jié)果總結(jié)分析后,得出了樁間距、樁排間距、荷載作用位置對樁林結(jié)構(gòu)受力機理的影響。4.為驗證力學(xué)模型準確性以及數(shù)值計算結(jié)果的可信性,開展了泥石流大塊石沖擊作用下樁林結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的試驗研究。試驗得到了不同工況下幾個不同監(jiān)測點的應(yīng)變時程曲線。分析歸納試驗結(jié)果,對明顯離散的數(shù)據(jù)進行剔除,所獲沖擊時程曲線與數(shù)值模擬結(jié)果的時程曲線吻合較好。試驗樁在應(yīng)變傳遞過程及荷載分配的機理上與力學(xué)模型較吻合。5.對汶川縣七盤溝泥石流溝樁林結(jié)構(gòu)攔擋壩的現(xiàn)場觀測收集資料進行了分析,并對樁林結(jié)構(gòu)的受沖擊過程進行了推測、反演。針對該樁林結(jié)構(gòu)攔擋壩整體開展了動力沖擊三維有限元數(shù)值模擬分析,較全面地考察了樁林結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變傳遞過程及各樁受荷分配情況,相關(guān)結(jié)果與現(xiàn)場觀測收集資料較一致。本文計算分析結(jié)果可為樁林結(jié)構(gòu)攔擋壩的結(jié)構(gòu)尺寸做進一步的優(yōu)化設(shè)計,并對樁體和連系梁強度、剛度設(shè)計提供依據(jù),同時可為類似工程分析提供參考。
【圖文】：

林結(jié)構(gòu)攔擋壩受大塊石沖擊的受沖擊的力學(xué)模式區(qū)尤其是西藏、青海和四川西南、西北部山區(qū)壩及排導(dǎo)槽等工程在泥石流防治方面起了關(guān)石流漿體動壓力和大塊石撞擊力，如果泥石流沖擋結(jié)構(gòu)不僅不能防止泥石流危害，很有可能使傾瀉而下加重泥石流的危害。而大塊石的沖擊很主要原因。石流治理措施中，攔擋結(jié)構(gòu)物的破壞方式因泥結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)類型不同而不同，，對于樁林結(jié)構(gòu)小顆粒的塊石及黏性泥石流漿體物質(zhì)通過，其破，可忽略泥石流漿體對樁林結(jié)構(gòu)及大塊石運動路）。

圖 2.2-1 固定端塑性鉸破壞 圖 2.2-2 固定端拉彎破壞 圖 2.2-3 沖擊點彎剪破壞2.2.3 大塊石沖擊位置彎剪破壞當(dāng)?shù)鼗沽ψ銐虼�，而樁林結(jié)構(gòu)本身的剛度及強度不足時，泥石流大塊石撞擊樁身會直接導(dǎo)致大塊石作用點附近發(fā)生拉彎破壞或剪切破壞。為求臨界條件，令樁身的極限剪力 Vu與泥石流大塊石產(chǎn)生剪力相等，當(dāng)樁身截面 尺寸較小特別是截面高度較小或抗剪鋼筋配置不足時，樁身發(fā)生剪切破壞，根據(jù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)特性，剪切斜裂縫沿上下兩個方向 45 度角展開，此時剪應(yīng)力主要為泥石流大塊石的動力沖擊作用。將此種破壞狀態(tài)下的前樁簡化為簡支梁模型，由材料力學(xué)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理知，簡支梁的受剪的破壞形態(tài)不僅與剪跨比有關(guān)，分析受剪隔離體，根據(jù)受剪隔離體的平衡條件可得：cot cotsv svu sv sv sv svA fV A f z f bzs （2-16）
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P642.23;TU473.1

【參考文獻】

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本文編號：2671503