【摘要】：在中國(guó)的西北、西南等地泥石流是一種高發(fā)的自然災(zāi)害,其帶來(lái)人身與財(cái)產(chǎn)損失亦非常慘重,因此,對(duì)于泥石流的防治工程的研究是是十分必要的。我國(guó)的防治工程大部分采用重力壩,但重力壩有造價(jià)高、施工困難等缺點(diǎn)。柔性防護(hù)體系一直被應(yīng)用于公路兩旁的落石攔截,其不僅施工便捷、造價(jià)低而且修復(fù)替換十分容易。因此考慮是否可以將柔性防護(hù)體系應(yīng)用于泥石流防治工程上,之前雖然有但是形式單一,應(yīng)用范圍較小。國(guó)家自然基金是本文依托之本,參考目前已有的柔性防護(hù)體系,在此基礎(chǔ)上提出了本文的結(jié)構(gòu)—新型泥石流柔性防護(hù)體系。用有限元軟件對(duì)提出的新型柔性防護(hù)體系的動(dòng)力性能進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬,并對(duì)縮尺模型的一些工況進(jìn)行了試驗(yàn)研究。本文還在新型柔性防護(hù)體系的基礎(chǔ)上提出了外掛網(wǎng)型柔性防護(hù)體系,用相同的數(shù)值模擬方法進(jìn)行動(dòng)力性能研究。本文應(yīng)用有限元軟件ANSYS/LS-DYAN,對(duì)新型柔性防護(hù)體系及外掛網(wǎng)型柔性防護(hù)體系的動(dòng)力響應(yīng)特征展開(kāi)研究,得到其一些規(guī)律及失效破壞模式。為完成這篇論文,做的前期準(zhǔn)備及工作包括以下幾個(gè)方面:(1)查閱大量關(guān)于柔性防護(hù)體系及泥石流防治工程的文獻(xiàn)資料,針對(duì)柔性防護(hù)體系在泥石流方向的應(yīng)用一些缺點(diǎn)提出了新型泥石流柔性防護(hù)體系。確定及設(shè)計(jì)新型柔性防護(hù)體系的尺寸、沖擊工況、數(shù)值模擬方法。研究分析沖擊物不同沖擊速度、質(zhì)量、沖擊位置時(shí),新型柔性防護(hù)體系的能量轉(zhuǎn)化率大小、位移大小及規(guī)律,受到?jīng)_擊力大小及碰撞接觸時(shí)間。改變體系的鋼索直徑、網(wǎng)格尺寸、材料強(qiáng)度,分析哪種直徑及尺寸為最佳,研究發(fā)現(xiàn)沖擊能量越高,沖擊力越大,位移越大,而且轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的轉(zhuǎn)化率越高;鋼索直徑并不是越大或網(wǎng)格尺寸越小結(jié)構(gòu)的應(yīng)力越小。因此建議在工程中應(yīng)選擇合適的鋼索直徑及網(wǎng)格尺寸。(2)根據(jù)對(duì)模型做的數(shù)值模擬的結(jié)果得基礎(chǔ)上進(jìn)行分析,并設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案。方案包括確定試驗(yàn)要做的工況、模型尺寸大小、各種數(shù)據(jù)測(cè)量及輸出所需儀器。實(shí)施試驗(yàn),一邊做試驗(yàn)一邊觀察試驗(yàn)現(xiàn)象做好試驗(yàn)記錄,每做完一組試驗(yàn)對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析處理。試驗(yàn)完成后將結(jié)果總結(jié)并與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行分析比較,比較分析得出的規(guī)律是否一致,因此驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。對(duì)比結(jié)果表明試驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果的規(guī)律變化相同。(3)在新型柔性防護(hù)體系的基礎(chǔ)上,加入環(huán)網(wǎng)形成外掛網(wǎng)型柔性防護(hù)體系,對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬。分析網(wǎng)格尺寸、沖擊點(diǎn)位置及高度、沖擊質(zhì)量、鋼索直徑、沖擊速度的不同對(duì)結(jié)構(gòu)的影響并與新型柔性防護(hù)體系結(jié)果進(jìn)行比較。發(fā)現(xiàn)加入環(huán)網(wǎng)后可以很好的減小位移及減少應(yīng)力集中。本文的研究成果希望對(duì)新型柔性防護(hù)體系日后在泥石流防治工程的應(yīng)用提供了一些建議及參考,為工程的修建提供了一些理論及數(shù)據(jù)依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P642.23
【圖文】：

新型泥石流柔性防護(hù)體系動(dòng)力響應(yīng)及試驗(yàn)研究而又美麗的鄉(xiāng)間小村，因位于受災(zāi)最嚴(yán)重的地帶，整個(gè)村莊幾乎被全部掩埋一片狼藉。這次爆發(fā)的泥石流流經(jīng)途中，將沿途的建筑物全部沖倒，此外由石流中含有大量的砂漿，以致沖入白龍江的泥石流阻斷白龍江而形成了堰塞湖一部分泥石流由于流量及速度太大還沖上對(duì)岸街道，將街道掩埋[6]。2008 年 12 日爆發(fā)的汶川地震使災(zāi)區(qū)斜坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)遭到破壞，形成了足夠的松散碎積物埋下了爆發(fā)泥石流的隱患。在 2010 年 8 月 13 日，由于暴雨誘發(fā)泥石流發(fā)生。這次爆發(fā)的泥石流震區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn) 6000 余人遭受不同程度災(zāi)害,并造成一些的死亡和失蹤。清平鄉(xiāng)場(chǎng)鎮(zhèn)也被泥石流大范圍破壞和埋沒(méi),受損的房屋建筑,地總戶數(shù)的 20.9%,經(jīng)濟(jì)損失 6 億元左右[7]。該地震前也發(fā)生過(guò)泥石流，但對(duì)震前后發(fā)生的泥石流，發(fā)現(xiàn)震后發(fā)生的泥石流的頻率和規(guī)模要比震前大的多發(fā)的災(zāi)害也嚴(yán)重得多[8]。可見(jiàn)泥石流常發(fā)地一旦發(fā)生地震，再次發(fā)生泥石流模和造成的災(zāi)害將相對(duì)以前更加嚴(yán)重，應(yīng)提前加強(qiáng)防護(hù)工程。

新型泥石流柔性防護(hù)體系動(dòng)力響應(yīng)及試驗(yàn)研究而又美麗的鄉(xiāng)間小村，因位于受災(zāi)最嚴(yán)重的地帶，整個(gè)村莊幾乎被全部掩埋一片狼藉。這次爆發(fā)的泥石流流經(jīng)途中，將沿途的建筑物全部沖倒，此外由石流中含有大量的砂漿，以致沖入白龍江的泥石流阻斷白龍江而形成了堰塞湖一部分泥石流由于流量及速度太大還沖上對(duì)岸街道，將街道掩埋[6]。2008 年 12 日爆發(fā)的汶川地震使災(zāi)區(qū)斜坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)遭到破壞，形成了足夠的松散碎積物埋下了爆發(fā)泥石流的隱患。在 2010 年 8 月 13 日，由于暴雨誘發(fā)泥石流發(fā)生。這次爆發(fā)的泥石流震區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn) 6000 余人遭受不同程度災(zāi)害,并造成一些的死亡和失蹤。清平鄉(xiāng)場(chǎng)鎮(zhèn)也被泥石流大范圍破壞和埋沒(méi),受損的房屋建筑,地總戶數(shù)的 20.9%,經(jīng)濟(jì)損失 6 億元左右[7]。該地震前也發(fā)生過(guò)泥石流，但對(duì)震前后發(fā)生的泥石流，發(fā)現(xiàn)震后發(fā)生的泥石流的頻率和規(guī)模要比震前大的多發(fā)的災(zāi)害也嚴(yán)重得多[8]。可見(jiàn)泥石流常發(fā)地一旦發(fā)生地震，再次發(fā)生泥石流模和造成的災(zāi)害將相對(duì)以前更加嚴(yán)重，應(yīng)提前加強(qiáng)防護(hù)工程。

a) UX 型 b) UV 型圖 2.1 UX 型泥石流柔性防護(hù)系統(tǒng)圖參考舟曲泥石流災(zāi)后治理的相關(guān)資料及 Wendeler.C 在瑞士 Illgraben 進(jìn)行的有關(guān)泥石流柔性防護(hù)體系現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，建立如圖 2.2 所示的防護(hù)體系模型，所有的模型的總高度均為 6500mm，橫向鋼索最長(zhǎng)為 11500mm，最短為 8750mm，圖 2.2尺寸標(biāo)注為工況 1 的尺寸為例，網(wǎng)格尺寸為 0.7m。其他工況總高總長(zhǎng)相同只是網(wǎng)格尺寸不同。本文一共模擬 17 種工況進(jìn)行數(shù)值模擬，具有如表 2.1，包括不同工況所用沖擊物直徑、速度和防護(hù)體系的鋼索直徑、網(wǎng)格尺寸及材料屬性。其中工況 2 為公用基本工況，幾種不同的比較均用到工況 2。工況 1,2,3 與工況 4,2,5 這兩大類比較的是沖擊物對(duì)柔性防護(hù)體系的比較，主要是沖擊能量的不同。剩下的其他工況為柔性防護(hù)體系自身鋼索直徑、網(wǎng)格尺寸、材料屬性、撞擊高度不同，分析對(duì)體系的沖擊力、位移、能量、應(yīng)力應(yīng)變等的影響比較。

【參考文獻(xiàn)】

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1 王秀麗;張嘉懿;羅華;吳長(zhǎng);;帶無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線的格柵壩抗沖擊性能分析[J];蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào);2017年05期

2 陳劍;王全才;王浩;陳穎騏;李俊;;基于Hertz理論的泥石流塊石沖擊力修正系數(shù)研究[J];振動(dòng)與沖擊;2017年16期

3 王秀麗;韓志平;李文俠;冉永紅;;泥石流大塊石沖擊下鋼拱攔擋壩的抗沖擊性能[J];蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào);2017年04期

4 王秀麗;冉永紅;李俊杰;;帶連續(xù)防撞墩的新型泥石流攔擋壩抗沖擊性能分析[J];防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào);2017年03期

5 陳劍;王全才;陳穎騏;李俊;;基于Hertz理論的泥石流大塊石沖擊力修正計(jì)算[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2017年02期

6 王秀麗;張秦琦;;帶摩擦阻尼器的新型泥石流攔擋壩的動(dòng)力響應(yīng)[J];水土保持通報(bào);2016年04期

7 王秀麗;張智江;冉永紅;;泥石流格賓攔擋壩在沖擊荷載下的動(dòng)力響應(yīng)分析[J];中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào);2016年02期

8 李俊杰;王秀麗;朱彥鵬;羅維剛;梁亞雄;吳長(zhǎng);;沖擊荷載下帶支撐泥石流攔擋壩動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)研究[J];振動(dòng)與沖擊;2015年18期

9 周勇;劉貞良;王秀麗;周鳳璽;;泥石流沖擊荷載下攔擋壩的動(dòng)力響應(yīng)分析[J];振動(dòng)與沖擊;2015年08期

10 王秀麗;李俊杰;呂志剛;;基于ANSYS/LS-DYNA的新型帶支撐泥石流攔擋壩抗沖擊性能研究[J];防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào);2014年06期

本文編號(hào)：2777836