本文關(guān)鍵詞：泥石流地區(qū)涵洞毀損機(jī)理及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：泥石流災(zāi)害是造成山區(qū)公路沿線橋涵及其結(jié)構(gòu)物毀損的最主要原因之一。隨著我國(guó)“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略的逐漸實(shí)施和西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略持續(xù)深入推進(jìn),西部地區(qū)人為活動(dòng)度不斷增長(zhǎng)加上特殊的地域環(huán)境和地貌地質(zhì)條件孕育著泥石流災(zāi)害的頻繁發(fā)生,公路泥石流區(qū)涵洞受沖蝕毀損成為當(dāng)下公路行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。本文通過(guò)實(shí)地調(diào)查和分析東川泥石流區(qū)橋涵的毀損狀況及泥石流發(fā)育特征。以東川黑水河為研究對(duì)象,運(yùn)用理論分析、野外試驗(yàn)、數(shù)值計(jì)算與數(shù)值仿真相結(jié)合的方法,從泥石流沖擊、掏蝕方面研究泥石流對(duì)路基涵洞毀損機(jī)理,完成U型涵洞設(shè)計(jì),分析并提出泥石流公路涵洞區(qū)綜合防治技術(shù)措施,主要結(jié)論如下:(1)通過(guò)分析東川區(qū)內(nèi)泥石流發(fā)育的時(shí)空分布特征,計(jì)算得出功山至小江口段泥石流分布線密度為0.81條/km,功山至東川段項(xiàng)目區(qū)分布線密度為1.25條/km。(2)通過(guò)分析認(rèn)為東川泥石流公路區(qū)涵洞毀損原因主要由泥石流的沖刷、磨蝕造成,分析得出區(qū)內(nèi)公路涵洞的毀損率達(dá)51%左右;區(qū)內(nèi)使用蓋板涵的數(shù)量最大,占全線涵洞的53%,其毀損率占?xì)p涵洞的49%;圓管涵的毀損率最高,達(dá)68%。(3)泥石流直接沖擊變形階段主要包括泥石流沖漲施加荷載、反復(fù)沖擊和拖拽三個(gè)階段。通過(guò)泥石流直接沖擊洞門側(cè)墻二維應(yīng)力和位移分析得出主要應(yīng)力集中在墻腳處,最大受力值為0.91MPa,最大水平位移值為3.93mm;泥石流沖蝕涵洞過(guò)程中,泥石流的漲落使得涵洞處應(yīng)力及位移明顯產(chǎn)生變化,涵洞接觸面隨著泥石流沖蝕峰值的出現(xiàn)應(yīng)力變得愈加集中,側(cè)墻右下腳出現(xiàn)最大應(yīng)力為0.738MPa。(4)通過(guò)三維應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)分析得出入口0~1m區(qū)域側(cè)墻下部區(qū)域和鋪底處應(yīng)力表現(xiàn)集中最大,受沖蝕、掏挖最為嚴(yán)重,最大應(yīng)力為0.717MPa,最大水平位移為48.22mm。三維模型能夠更加詳細(xì)全面展現(xiàn)泥石流沖蝕和掏挖涵洞過(guò)程中泥石流流態(tài)變化和涵洞的毀損過(guò)程,二維模型和三維模型中涵洞受沖蝕過(guò)程都先后表現(xiàn)出沖蝕、掏挖、磨損至毀損從微觀局部變形至宏觀毀損的演繹機(jī)理過(guò)程。(5)通過(guò)詳細(xì)計(jì)算并比較了平底矩型、圓底鋪底型、半橢圓鋪底型、尖底V型及梯型等5種涵洞最佳水力要素,充分考慮施工工藝、工程造價(jià)等條件綜合評(píng)價(jià)得出半橢圓型鋪底型涵洞最佳,最佳鋪底厚度為0.6m,并完成U型涵洞設(shè)計(jì)。(6)伴隨泥石流沖蝕峰值的出現(xiàn),泥石流流態(tài)變化最劇烈,此時(shí)涵洞鋪底、側(cè)墻下部及接縫處應(yīng)力最為集中,隨后位移發(fā)生最大變化,應(yīng)力集中處局部剝離。總體上涵洞的應(yīng)力和位移變化與泥石流沖蝕變化成顯著正相關(guān);泥石流、車輛荷載、地震的疊加改變涵洞應(yīng)力場(chǎng)及位移場(chǎng),泥石流作用過(guò)程中,車輛荷載、地震作用使得涵洞所受應(yīng)力和位移增加。比較矩型和U型涵洞應(yīng)力和位移,U型涵洞應(yīng)力集中程度和最大位移場(chǎng)峰值明顯下降,U型涵洞能有效緩解涵洞的毀損程度。(7)通過(guò)比較等U型涵洞常用式、波浪式、挑流式等三種鋪底結(jié)構(gòu)消能抗沖方式,得出挑流式消能率最佳;分析得出水工混凝土加入鋼纖維和鋼筋都能增加其抗裂性能和韌性,泥砂適合于鋪底與地基緩沖層。通過(guò)系統(tǒng)分析泥石流區(qū)泥石流溝時(shí)空分布特征和動(dòng)力特性,深入研究泥石流區(qū)涵洞毀損機(jī)理,開(kāi)展新型涵洞設(shè)計(jì),探究多重荷載條件下新型涵洞的受力特點(diǎn),不僅有助于深入理解泥石流沖蝕涵洞過(guò)程中泥石流流態(tài)變化和涵洞應(yīng)力位移變化規(guī)律;更重要的是U型涵洞設(shè)計(jì)為泥石流區(qū)高等級(jí)公路跨越中小型泥石流溝提供一種合理適用的垮溝方案,為公路泥石流地區(qū)涵洞建設(shè)提供設(shè)計(jì)依據(jù)和技術(shù)支持。
【關(guān)鍵詞】：公路泥石流區(qū) 涵洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 沖蝕 毀損機(jī)理 分布密度 數(shù)值仿真 泥石流防治技術(shù)
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U449.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-21
• 1.1 研究背景、目的及意義12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及評(píng)述13-19
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)外泥石流研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)外橋涵水毀毀損研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.3 東川小江流域公路泥石流水毀研究現(xiàn)狀17-18
• 1.2.4 國(guó)內(nèi)外研究成果存在的不足之處18-19
• 1.3 本文研究的思路、內(nèi)容及技術(shù)路線19-21
• 1.3.1 本文研究思路及主要研究?jī)?nèi)容19-20
• 1.3.2 本文研究技術(shù)路線20-21
• 第二章 東川泥石流發(fā)育及涵洞毀損狀況21-41
• 2.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介21-22
• 2.1.1 項(xiàng)目特點(diǎn)21
• 2.1.2 研究意義21-22
• 2.2 項(xiàng)目區(qū)泥石流發(fā)育時(shí)空分布特征22-26
• 2.2.1 地理位置22
• 2.2.2 地層巖性22-23
• 2.2.3 地質(zhì)構(gòu)造23
• 2.2.4 地形地貌23
• 2.2.5 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)23-24
• 2.2.6 地震活動(dòng)24
• 2.2.7 氣象條件24-26
• 2.2.8 水文特點(diǎn)26
• 2.3 小江流域泥石流分布26-28
• 2.4 公路涵洞概述28-30
• 2.4.1 涵洞定義28
• 2.4.2 涵洞分類和選擇28-29
• 2.4.3 涵洞構(gòu)造29-30
• 2.5 東川項(xiàng)目區(qū)涵洞毀損調(diào)查及分析30-40
• 2.5.1 區(qū)內(nèi)涵洞調(diào)查目的30-31
• 2.5.2 調(diào)查的主要內(nèi)容31
• 2.5.3 現(xiàn)場(chǎng)涵洞毀損調(diào)查和分析31-36
• 2.5.4 區(qū)內(nèi)涵洞毀損統(tǒng)計(jì)及分析36-39
• 2.5.5 泥石流區(qū)與非泥石流區(qū)涵洞毀損比較分析39-40
• 2.6 小結(jié)40-41
• 第三章 項(xiàng)目區(qū)泥石流特征及運(yùn)動(dòng)力學(xué)特性41-59
• 3.1 東川區(qū)域泥石流靜力學(xué)特征41-44
• 3.1.1 區(qū)內(nèi)泥石流物質(zhì)特征41
• 3.1.2 區(qū)內(nèi)泥石流容重特征41-43
• 3.1.3 區(qū)內(nèi)泥石流流變模型和特征43-44
• 3.2 泥石流動(dòng)力學(xué)特征值分析44-57
• 3.2.1 內(nèi)泥石流流量計(jì)算分析44-46
• 3.2.2 泥石流流速研究和計(jì)算46-52
• 3.2.3 內(nèi)泥石流沖擊力研究和計(jì)算52-54
• 3.2.4 泥石流對(duì)涵洞內(nèi)磨蝕力作用54-56
• 3.2.5 區(qū)內(nèi)泥石流爬高和沖起過(guò)程分析56-57
• 3.3 區(qū)內(nèi)工程實(shí)例57-58
• 3.4 本章小結(jié)58-59
• 第四章 泥石流作用下涵洞毀損機(jī)理有限元數(shù)值仿真59-83
• 4.1 泥石流模型連續(xù)控制方程59-62
• 4.1.1 引言59
• 4.1.2 泥石流體連續(xù)控制方程59-60
• 4.1.3 基于不可壓縮泥石流體的k-ε 紊流模型60-62
• 4.2 泥石流與涵洞結(jié)構(gòu)耦合有限元數(shù)值仿真62-82
• 4.2.1 ADINA軟件簡(jiǎn)介62-63
• 4.2.2 泥石流沖蝕涵洞的流固耦合原理63-64
• 4.2.3 泥石流與涵洞耦合物理模型及力學(xué)模型64-65
• 4.2.4 泥石流-涵洞模型假定及設(shè)定65-66
• 4.2.5 基于泥石流直接沖擊作用下涵洞毀損機(jī)理有限元二維仿真66-72
• 4.2.6 基于泥石流穿過(guò)涵洞過(guò)程中涵洞毀損機(jī)理有限元二維仿真72-76
• 4.2.7 泥石流作用下涵洞毀損機(jī)理有限元三維仿真76-82
• 4.3 泥石流作用涵洞過(guò)程中二維、三維數(shù)值仿真比較分析82
• 4.4 本章小結(jié)82-83
• 第五章 泥石流地區(qū)新型涵洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)83-109
• 5.1 新型涵洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)源及構(gòu)想83-85
• 5.1.1 渡槽83-84
• 5.1.2 東川槽84-85
• 5.2 新型涵洞結(jié)構(gòu)型式及水力要素比較分析85-89
• 5.2.1 新型涵洞布置型式85-86
• 5.2.2 新型涵洞結(jié)構(gòu)最佳水力斷面86
• 5.2.3 新型涵洞結(jié)構(gòu)最佳水力要素比較86-89
• 5.3 U型涵洞鋪底結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論89-90
• 5.4 U型涵洞結(jié)構(gòu)參數(shù)尺寸計(jì)算及其設(shè)計(jì)90-98
• 5.4.1 U型涵洞布置原則90-91
• 5.4.2 U型涵洞主要結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)91-98
• 5.5 U型涵洞結(jié)構(gòu)受荷載模式及內(nèi)力計(jì)算98-104
• 5.5.1 U型涵洞匯流段側(cè)墻內(nèi)力計(jì)算98-100
• 5.5.2 U型涵洞結(jié)構(gòu)涵身荷載及內(nèi)力計(jì)算100-104
• 5.6 多項(xiàng)荷載作用下U型涵洞毀損有限元數(shù)值模擬104-108
• 5.6.1 荷載組合104-105
• 5.6.2 U型涵洞計(jì)算網(wǎng)格模型105
• 5.6.3 應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值仿真結(jié)果及其分析105-106
• 5.6.4 位移場(chǎng)數(shù)值仿真結(jié)果及其分析106-108
• 5.7 本章小結(jié)108-109
• 第六章 公路泥石流區(qū)綜合防治技術(shù)研究109-117
• 6.1 公路泥石流區(qū)U型涵洞耗能抗沖磨研究109-111
• 6.1.1 U型涵洞進(jìn)出口消能抗沖方式109-110
• 6.1.2 U型涵洞鋪底材料耐磨損特性和緩沖性110-111
• 6.2 公路泥石流區(qū)綜合防治技術(shù)研究111-116
• 6.2.1 公路泥石流區(qū)上游攔擋結(jié)構(gòu)型式及選擇111-114
• 6.2.2 公路泥石流區(qū)排水工程114-115
• 6.2.3 公路泥石流預(yù)報(bào)預(yù)警技術(shù)115-116
• 6.2.4 公路泥石流區(qū)生物水土保持措施116
• 6.3 本章小結(jié)116-117
• 第七章 主要結(jié)論和展望117-120
• 7.1 主要結(jié)論117-118
• 7.2 展望118-120
• 致謝120-121
• 參考文獻(xiàn)121-125
• 學(xué)位申請(qǐng)人在攻讀學(xué)位期間科研及論著情況125

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4 茍印祥;泥石流動(dòng)力特性的數(shù)值模擬研究[D];重慶大學(xué);2012年

5 吳雨夫;地震對(duì)泥石流暴發(fā)的臨界降雨條件影響的初步研究[D];成都理工大學(xué);2012年

6 陳寧;泥石流發(fā)生降雨條件模擬研究[D];成都理工大學(xué);2012年

7 張華偉;太原西山虎峪溝泥石流流場(chǎng)三維數(shù)值模擬研究[D];太原理工大學(xué);2013年

8 解琛;泥石流遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[D];陜西科技大學(xué);2015年

9 李果;基于GIS的泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京);2015年

10 劉麗娜;蘆山地震區(qū)泥石流易發(fā)性評(píng)價(jià)[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京);2015年

  本文關(guān)鍵詞：泥石流地區(qū)涵洞毀損機(jī)理及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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