泥石流块石冲击下新型拦挡坝动力响应试验研究

针对泥石流灾害拦挡工程结构型式缺乏创新以及相关试验研究工作欠缺问题,本文提出了两种钢-混凝土组合式新型拦挡坝型式。利用自主设计的冲击模拟试验台对坝体结构在固体冲击作用下的动力响应进行了试验研究和对比分析。结果表明:支撑体系的加强作用和耗能元件的耗能作用有效减轻了新型坝体实体坝身的破坏程度;重力坝动力响应衰减历时至少5倍于带支撑拦挡坝实体坝身,并且后者的动力响应峰值显著低于前者,坝体结构的整体刚度得到了明显增强;耗能坝实体坝身动力响应达到峰值所需耗时是重力坝的2倍有余,并且前者的动力响应峰值相较于后者明显降低,耗能元件的缓冲和耗能作用十分显著。

带连续防撞墩的新型泥石流拦挡坝抗冲击性能分析

大块石冲击是造成泥石流拦挡坝破坏的主要因素之一,为了提高拦挡坝的抗冲击能力,提出一种带连续防撞墩的新型泥石流拦挡坝。利用ANSYS/LS-DYNA,对泥石流大块石冲击新型坝和重力式拦挡坝进行了数值模拟,分别得出了新型坝和重力坝的冲击动力响应并进行对比分析。此外,考虑不同的防撞墩尺寸、布置间距以及不同的后部坝体厚度,对新型坝进行参数分析。结果表明:新型坝提高了自身抗冲击性能的同时还提高了材料强度利用率,其明显优于普通坝。防撞墩的截面高度、布置间距以及后部坝体的厚度对新型坝的抗冲击性能和整体刚度影响很大,因此在新型坝设计中必须综合考虑以上因素。

新型泥石流拦挡坝的抗冲击性能

为解决泥石流拦挡坝在大块石冲击作用下容易破坏的问题,提出一种由前部钢架、中间弹簧、后部混凝土坝体组成的弹簧格构泥石流拦挡坝.应用有限元分析软件LS-DYNA对新型坝和普通重力式拦挡坝进行对比分析,得到坝体的应力分布情况及冲击力、位移的时程曲线.结果表明,新型坝较普通坝有优越的抗冲击性能,新型坝后坝的应力分布比普通坝更均匀且应力水平明显降低,弹簧格构坝的冲击力、位移较普通坝有显著降低.

带弹簧支撑的新型泥石流拦挡坝抗冲击性能研究

为了解决普通重力式泥石流拦挡坝在大规模泥石流发生时容易被大块石损毁的问题,提出带弹簧支撑的新型泥石流拦挡坝,并采用钢球代替泥石流中的大块石,运用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对这种新型坝体进行泥石流大块石的冲击模拟,从坝体的变形、支反力、Von Mises应力、加速度和应变率5个方面与普通重力式拦挡坝进行对比分析。结果表明:与普通泥石流拦挡坝相比,带弹簧支撑的新型泥石流拦挡坝的支反力可减小3/4左右,钢球的冲击加速度可降到1/3.87,坝体的响应加速度可降到1/2.61,说明带弹簧支撑的新型泥石流拦挡坝具有非常好的抗冲击性能。

带摩擦阻尼器的新型泥石流拦挡坝的动力响应

[目的]为解决普通格栅泥石流拦挡坝容易被损毁的问题,提出带摩擦阻尼器的新型泥石流格栅拦挡坝,为摩擦阻尼器在新型泥石流格栅坝中的应用提供依据。[方法]采用钢球模拟泥石流中的大块石,运用有限元软件ABAQUS对这种新型坝体进行泥石流大块石的冲击模拟。[结果]与普通泥石流拦挡坝相比,带摩擦阻尼器的新型泥石流拦挡坝在巨石冲击坝体时梁柱节点处的应力响应明显减小。[结论]新型泥石流格栅坝在位移、能量等方面具有良好的抗冲击性能。

新型泥石流拦挡坝抗块石冲击动力响应分析

基于普通重力式泥石流拦挡坝,提出了一种新型泥石流拦挡坝。应用有限元分析软件LS-DYNA对新型坝和普通重力式拦挡坝进行了对比分析。结果表明:受到大块石冲击时新型坝后坝的应力分布更均匀,且应力明显小于普通坝,新型坝的冲击力、位移与普通坝相比明显降低。

不同类型拦挡坝拦蓄特征试验研究

由于陇南泥石流灾害破坏性强,拦挡坝拦蓄性能不清晰,因此通过无泄水涵洞拦挡坝、有泄水涵洞拦挡坝及不设拦挡坝的对比试验,模拟了泥石流发生后坝体的拦蓄性能和流体特征。通过试验获取了坝后淤积物体积函数模型,并讨论了拦挡坝振动加速度、冲击力和槽底不同位置处含水率变化情况。结果表明:加拦挡坝减弱了泥石流对试验槽壁和槽底的陶蚀振动,无泄水涵洞拦挡坝因坝体封闭,短期内淤积了大量泥石流,导致其对试验槽的振动小、流通间隙短,对坝前的冲击力整体减弱,水石分离变差;有泄水涵洞拦挡坝因涵洞的汇流、疏通作用,导致其对试验槽振动较大、流通间隙较长,其坝后淤积量为无泄水涵洞拦挡坝的1/3,且因涵洞的分流作用,使其对坝前冲击力整体增大。分析含水率数据得出,淤积区和未淤积区的分界处,其含水率较其他部位低。基于上述单拦挡坝的性质,再加之陇南多数拦挡坝已淤满,因此,构绘了多坡度新型拦挡坝,其主要特征为,在坝体的背面设置了不同坡度的冲击面,其很好地减弱了泥石流的冲击力,多坡度面分别为跌水区、缓坡区、大角区。

内置H型钢泥石流拦挡坝抗块石冲击性能研究

为了解决普通重力式泥石流拦挡坝在泥石流灾害中容易被大块石损毁的问题,充分利用H型钢塑性韧性好、抗冲击性能好的优点,提出了一种内置H型钢的新型泥石流拦挡坝(简称内置H型钢新型坝).运用有限元ABAQUS软件对其进行块石冲击作用下的数值模拟,从坝体的坝底支反力、顶部位移、加速度、能量吸收等方面与普通重力式泥石流拦挡坝进行动力响应的对比分析,结果表明:内置H型钢新型坝的支反力比普通坝可减小约1/2,新型坝的顶部位移是普通坝的9/13.混凝土与H型钢形成双重拦挡的效应,在混凝土崩裂后,H型钢仍具有较好的承载能力与变形能力.加入H型钢的新型坝改善了普通重力式泥石流拦挡坝的抗冲击性能,可有效减弱泥石流块石冲击的灾害.