泥石流沖擊過程中,壩基位置處承受了較大沖擊力,易引起該位置出現(xiàn)應(yīng)力集中而導(dǎo)致局部沖擊破壞。為此,將豎向攔擋壩結(jié)構(gòu)優(yōu)化為弧形攔擋壩,并基于動(dòng)量及能量守恒開展泥石流沖擊弧形攔擋壩理論計(jì)算研究,推導(dǎo)泥石流對(duì)弧形攔擋壩的沖擊力及爬升高度計(jì)算公式。為驗(yàn)證理論公式的正確性,進(jìn)一步開展泥石流沖擊弧形攔擋壩物理模型試驗(yàn)。研究結(jié)果表明:物理模型試驗(yàn)結(jié)果與所推導(dǎo)的理論公式計(jì)算結(jié)果具有較高的擬合度,該理論公式可適用于泥石流對(duì)弧形攔擋壩的沖擊計(jì)算;泥石流流速、沖擊力、爬升高度與泥石流溝道縱坡坡度呈正相關(guān)關(guān)系;沖擊力及爬升高度主要受弗洛德數(shù)Fr、泥石流溝道縱坡坡度α、攔擋壩弧形半徑R控制,并與Fr呈二次方正相關(guān),與泥石流溝道縱坡坡度α的余弦值成反比;與豎向型攔擋壩結(jié)構(gòu)相比,弧形攔擋壩結(jié)構(gòu)在爬升高度上無顯著影響,然而可較大程度降低泥石流對(duì)壩體的法向沖擊力,局部結(jié)構(gòu)增強(qiáng)也使得壩體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得到提升。該研究可為泥石流攔擋壩工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論及技術(shù)支持。 

【文章來源】：巖土力學(xué). 2020,41(12)北大核心

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

計(jì)算簡(jiǎn)圖Fig.3Computingmodel

3852巖土力學(xué)2020年后主要的次生災(zāi)害類型[1]。為保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)及基礎(chǔ)設(shè)施安全，震后10年間，國家在地震災(zāi)區(qū)開展了大量泥石流攔擋壩工程建設(shè)。然而，由于地震作用使得泥石流成災(zāi)、環(huán)境劇變，震后即時(shí)修建的泥石流防治工程在多期次、大規(guī)模泥石流作用下頻繁失效，有些防治工程反復(fù)重建[2-5]。通過對(duì)泥石流防治工程失效案例的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，攔擋壩結(jié)構(gòu)中受泥石流及其大塊石作用導(dǎo)致攔擋壩局部沖擊破壞的比例高達(dá)50%以上[6-7]。其中重要原因之一是，攔擋壩工程的迎沖面常設(shè)計(jì)為豎向結(jié)構(gòu)，未充分考慮泥石流與攔擋壩沖擊時(shí)空分布及泥石流運(yùn)行軌跡，僅把泥石流與攔擋壩沖擊過程看作瞬間沖擊行為[8-11]。前人研究多集中在泥石流對(duì)豎向攔擋壩沖擊動(dòng)力響應(yīng)方面，何思明等[12-13]以彈塑性理論為基礎(chǔ)，考慮攔擋壩等防治結(jié)構(gòu)彈塑性特性，提出了泥石流沖擊力計(jì)算方法。陳洪凱等[14-16]通過研究泥石流固相粒徑、沖擊壓痕揭示了泥石流脈動(dòng)荷載分布特性以及沖擊力大小分布。李俊杰[17-18]、王秀麗[19]等開展了泥石流沖擊荷載下攔擋壩動(dòng)力響應(yīng)分析。王東坡等[20]通過物理模型試驗(yàn)研究了泥石流流速、流深以及流體特征參數(shù)與泥石流沖擊壓力的相關(guān)性。Vagnon等[21]借助泥石流水槽試驗(yàn)提出考慮泥石流對(duì)剛性不排水擋墻影響的計(jì)算公式，用于估算泥石流沖擊防護(hù)結(jié)構(gòu)的沖擊力。Armanini等[22]通過開展泥石流物理模型試驗(yàn)，研究泥石流對(duì)剛性豎向攔擋壩結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的沖擊力及泥石流爬升高度的時(shí)程變化，得出泥石流沖擊力與爬升高度的理論公式。Koo[23]、Kwan[24]等在計(jì)算泥石流對(duì)障礙物產(chǎn)生的沖擊力時(shí)，開發(fā)了動(dòng)量通量衰減新模型。Wendeler[25]、Kw

第12期王東坡等：泥石流沖擊弧形攔擋壩動(dòng)力響應(yīng)研究38554泥石流沖擊弧形攔擋壩物理模型試驗(yàn)開展不同粒徑組、不同縱坡坡度下泥石流對(duì)攔擋壩沖擊物理模型試驗(yàn)，從而探索泥石流沖擊攔擋壩過程的變化特征和規(guī)律。試驗(yàn)?zāi)康囊皇菫榱双@得泥石流與弧形攔擋壩沖擊力、爬升高度、流速等與變量參數(shù)（如溝槽坡度、泥石流顆粒粒徑組）之間的相關(guān)關(guān)系，二是通過物理模型試驗(yàn)對(duì)第3節(jié)中所推導(dǎo)獲得的理論公式進(jìn)行驗(yàn)證。在泥石流沖擊弧形攔擋壩物理模型試驗(yàn)中，測(cè)量泥石流到達(dá)壩前的流速v、流深h、沖擊力p、爬升高度(hg)max等參數(shù)，以弗洛德數(shù)、泥石流溝道縱坡坡度為變量分析泥石流對(duì)弧形攔擋壩的沖擊響應(yīng)，研究其對(duì)攔擋壩的沖擊力以及泥石流的爬升高度的影響。4.1試驗(yàn)裝置所開展的泥石流物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)分為：物源區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)。分別由供料池、有機(jī)玻璃水槽、弧形攔擋壩、泥石流收集回收裝置及傳感器、高速攝像機(jī)等設(shè)備組成；該系統(tǒng)可模擬泥石流從啟動(dòng)、運(yùn)動(dòng)、沖擊攔擋壩的全過程，試驗(yàn)裝置如圖4所示。水槽頂部為供料池，為試驗(yàn)提供泥石流漿體。鋼架水槽為矩形斷面，兩側(cè)壁安裝鋼化玻璃，便于對(duì)泥石流與攔擋壩間的沖擊過程進(jìn)行觀察。水槽尺寸長(zhǎng)4m，寬0.25m，坡度調(diào)節(jié)范圍為0o～39o�；⌒螖r擋壩模型安裝在水槽的末端，弧形攔擋壩上安裝有壓力傳感器（如圖5(c)所示），便于測(cè)量泥石流與攔擋壩間沖擊力。在水槽的下方設(shè)置回收池，方便循環(huán)利用泥石流顆粒材料。4.2測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)主要由兩部分組成，分別為測(cè)試傳感系統(tǒng)和高速攝像系統(tǒng)。其中測(cè)試傳感系統(tǒng)包括次聲傳感器和動(dòng)態(tài)壓力傳感器。3個(gè)次聲傳感器用于測(cè)量泥石流到達(dá)壩前的流深，4個(gè)?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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