格栅坝在泥石流防治中的应用——以汶川地震引发的烂泥沟泥石流治理为例

受汶川地震影响,四川等地泥石流治理更为迫切。泥石流的暴发具有突发性,在防治工程中,相比实体坝而言,格栅坝是一种节省材料、稳定性更高的拦挡结构,使用范围越来越广,但是目前尚无成熟的格栅坝设计方法。本文参考梳齿坝的已有理论确定了支墩间距的计算方法,并结合已有实验资料提出了格栅坝格栅间距的计算公式,改变了以往不同坝体乃至同一坝内各横梁间距一致的计算方法。另外,因支墩间隔相对较小,以简支模式计算石块对横梁冲击力并不合适,本文基于固定梁模式重新推导了计算公式,其计算结果与简支梁模式比较,数值大了3倍。最后考虑坝体建成后的不同情况,提出了支墩、横梁及两侧翼墙的详细计算工况,并基于以上设计理论,对烂泥沟泥石流治理工程的部分格栅坝进行了具体设计。

泥石流巨石冲击下的钢构格栅坝动力响应分析

泥石流中的巨石冲击是造成拦挡结构破坏的最直接因素,因此设置钢构格栅坝拦截大石块,对减小泥石流冲击破坏有十分重要的作用。本文就钢构格栅坝结构模型,利用国际通用计算动力荷载的非线性有限元软件ANSYS/LSDYNA进行数值模拟。用钢球模拟巨石,分别在格栅坝中间榀顶层梁柱节点和中间榀顶层柱中部施加冲击荷载,分析在冲击荷载作用下结构的动力响应。结果表明:作用在结构上的冲击力大小与被冲击构件刚度大小密切相关,被冲击构件刚度越大,结构受到的冲击力越大,反之,冲击力越小;钢构格栅坝在冲击作用下,冲击作用部位、结构支座部位及梁柱节点部位响应较大,设计时应予以加强;且钢构格栅坝不同位置遭受冲击作用时结构响应完全不同,与冲击力作用在梁柱节点时相比较,冲击力作用在构件中部时结构整体响应明显较小。该结果为泥石流拦挡工程中钢构格栅坝的设计提供了参考。

钢管混凝土格栅坝抗冲击性能试验及参数分析

为有效减轻泥石流大块石冲击造成的灾害,提出一种钢管混凝土格栅坝.通过固体冲击试验研究该结构的冲击动力响应,总结了结构的响应模式.同时对试验过程进行数值模拟,模拟结果与试验吻合较好.最后利用数值模拟方法对结构进行参数分析,研究桩管套箍系数、撑管径厚比和桩-撑刚度比对结构动力响应的影响.结果表明:结构的典型响应模式可以概括为构件轻微损伤、构件弯曲破坏、连接节点破坏;桩管受冲击时结构能发挥良好的整体耗能作用,而撑管受冲击时结构整体耗能作用不明显;桩管套箍系数、撑管径厚比和桩-撑刚度比对结构动力响应的影响受桩管和撑管外径、壁厚等单因素变化的制约.钢管混凝土格栅坝具有良好的抗冲击性能.

带无粘结预应力钢绞线的格栅坝抗冲击性能分析

以舟曲县三眼峪沟泥石流灾害治理工程中大8号格栅坝为研究对象,在格栅柱中设置无粘结预应力钢绞线,使坝体在受到块石冲击时能充分发挥坝体的整体作用,进而减小局部塑性变形.采用ABAQUS进行块石冲击的数值模拟,并对比新坝和旧坝的位移、冲击力、加速度和von Mises应力响应.结果表明:相同的冲击条件下,带无粘结预应力钢绞线的新坝比旧坝产生的位移值小,冲击力峰值小,冲击方向的加速度响应值小;在块石撞击瞬间新坝坝体的von Mises应力分布均匀,最大的应力值较旧坝的小;新坝较旧坝有更好的抗冲击性能.

强冲击荷载作用下加无粘结预应力筋格栅坝动力响应分析

泥石流拦挡坝主要以增加自身刚度来提高其拦挡能力,但对于巨石块的碰撞,坝体刚度越大,其受冲击力也越大,相应的坝体结构破坏也越大。创新性地将无粘结预应力筋设置在普通格栅坝中,利用ABAQUS软件对普通格栅坝和加无粘结预应力筋格栅坝在相同冲击条件下(以10m/s的冲击速度)坝体被撞后动能的变化、加速度响应值、位移值和Von-mises应力进行了有限元数值模拟计算与对比分析。结果表明:加无粘结预应力筋格栅坝比普通格栅坝能吸收更多的冲击能量,冲击方向的加速度响应值更小,具有更好的抗冲击性能。

新型地锚张弦梁式泥石流格栅坝构件受力的简化计算方法

针对常见泥石流防治结构被冲击破坏的问题,基于“柔性消能”理念,结合张弦梁结构和竖向预应力锚杆技术,提出一种既能改善结构受力性能、增加结构整体抗冲击能力、保证结构安全可靠,又能减小结构构件截面尺寸、节约成本、便于现场施工组装和后期运营维护的新型地锚张弦梁式泥石流格栅坝,并阐述其技术原理。根据泥石流荷载分布和新型地锚张弦梁式泥石流格栅坝的受力特征,给出其简化的内力计算方法;并利用SAP2000建立新结构有限元模型,分析了结构的整体受力,验证了构件简化计算方法的合理性;结合Python语言和QtDe⁃signer软件开发了相应的设计计算软件,对新型地锚张弦梁式泥石流格栅坝的内力进行求解。结果表明:提出的新结构抗冲击性能好,构件受力均匀;以后设计中应关注竖杆的剪切脆性破坏和立柱偏心受力情况,保证结构安全;变形协调仅使底层张弦梁与竖杆内力偏大,实际工程应用时,应着重验算底层构件,防止其破坏;文中提出的简化计算方法能较准确的反映结构的受力特性,具有一定的合理性,研究可为新型地锚张弦梁式泥石流格栅坝的设计计算和推广应用提供理论依据和技术支持。

桩林形式的格栅坝在泥石流固源的应用及算例

2012年7月21日房山区上方山东沟发生了泥石流,景区内寺庙、游览道桥、管理服务设施、给排水系统、供电设施、通信设施等,均遭受不同程度的损毁。根据上方山泥石流基本特征以及地形等因素,治理工程主要从稳固物源与疏通沟道两个方面来减弱泥石流灾害威胁。针对龙虎峪沟底物源以块石为主,且发生频率较低的特点,拟在泥石流物源区布置桩林形式的格栅坝,其作用主要是有效固源及顺利排水。本文在此基础上,对地基横向承载力以及抗倾覆进行了验算,并根据桩身最大弯矩进行配筋计算。

新型地锚扶壁式泥石流格栅坝基础冲刷计算方法研究

泥石流格栅坝工程安全稳定的关键是基础,相比外露结构的计算,基础遭冲刷掏空的问题更值得引起重视。在提出新型地锚扶壁式泥石流格栅坝的基础上,将格栅坝基础冲刷分为初期和中后期两个阶段,初期冲刷主要以坡面冲刷为主,中后期冲刷主要考虑冲坑的变化发展。基于能量法,推导了格栅坝基础冲刷深度的计算公式,通过算例分析了不同流深下的冲刷深度,并与其它公式的计算结果做了对比。结果表明:推导公式计算的冲刷深度比其它公式计算的结果都大,初期冲刷的影响在设计中应当予以重视。

鱼嘴式穹隆格栅坝型泥石流水石分离拦挡结构

提出了一种新型的适用于稀性、黏性及过渡性大流量泥石流的水石分离结构--鱼嘴式穹隆格栅坝,其为外形类似于鱼嘴状的流线型穹隆状格栅过滤筛,基本组成为格栅坝、鱼嘴及嘴前锚、坝后基础、坝下基础、驳岸等导流设施、护坦、泄流槽,格栅坝主体为纵横向劲性骨架,格栅上覆盖柔性网加密格栅网眼。就鱼嘴式穹隆格栅坝的空间形态、结构和设计要点进行初步探讨。

带支撑钢构格栅坝在冲击作用下的应力分析

就带支撑钢构格栅坝结构模型,利用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟。用钢球模拟巨石冲击作用于格栅坝体,分析在冲击荷载作用下结构的应力分布。结果表明:带支撑钢格栅坝能有效减小结构各单元应力,可使支撑作为耗能构件消耗冲击作用能量。该结果为泥石流拦挡工程中带支撑钢构格栅坝的设计提供了参考。

连续配置钢管格栅坝拦截泥石流效果

在相同试验条件下床用无坝处理、单坝处理、双坝处理、单坝加双坝组合处理，设１０种组合试验。试验用的模型坝分３种类型（Ｌ／ｄ９５＝３．５类型Ⅰ）、２．５（类型Ⅱ）、１．９（类型Ⅲ）。分别进行泥石流泥沙体积分数（ｖ）的变化测试、泥石流粒径变化的试验研究。其结果：在上游配置类型Ⅰ、类型Ⅱ，在下游配置类型Ⅲ的情况下，峰值排沙量减少率与总排沙量减少率提高，ｖ随时间的延长而降低。在上游配置类型Ⅰ、类型Ⅱ，在下游配置类型Ⅱ情况下，峰值排沙量减少率没有太大的变化。但总排沙量减少率变低，队随时间的延长而增高。关于ｄ９５粒径随时间的变化情况，连续配置与设置１座时没有明显的差别。

用钢轨格栅坝整治泥石流

1982年7月,襄渝线白浪车站发生了严重的泥石流灾害,中断行车80小时40分钟。对这处白浪泥石流整治的原则是拦碴导水,对大小17条沟都设置了相应的拦挡工程。有谷坊坝、泄流孔式浆砌片石重力坝、钢轨泄流口式浆砌片石重力坝、浆砌片石拱坝、预应力锚杆浆砌片石坝、钢轨格栅坝等等。对这些不同的坝型,进行技术经济比较后。

新型悬挑式泥石流网格格栅坝及其应用

悬挑式网格格栅坝是从工程实践中在传统网格格栅坝的基础上演变而来的一种新型的格栅坝体类型,该种坝型继承了网格格栅坝的各种优点,并且通过悬挑格栅的独特设计,更具突出在非排导泥石流时对河流沟谷地的常态水流进行非拦截性排流,使河流沟谷内常态水流更为通畅,不会干扰河流沟谷的正常流通,是传统网格格栅坝的优化坝型,均适用刚性和柔性网格材料筑坝。目前国内还没有该种坝型的研究成果和相关技术资料,文章通过阐述其在以水流为主的稀性泥石流和挟带大量推移质的高含沙洪水的泥石流治理工程中的应用研究,得出该坝型的优缺点和相关技术成果,作为进一步工程实践和研究提供基础技术依据,从而进行悬挑式网格格栅坝在泥石流防治工作中的应用和推广。

关于钢构泥石流格栅坝的提出与探讨

现有泥石流拦挡结构工程在拦截大型泥石流过程中存在较多防治缺陷,泥石流拦挡坝中混凝土格栅坝也存在较多实际问题。本文提出钢构泥石流格栅坝这一新型拦挡结构体系抵御泥石流冲击作用,总结该类坝体的防治优势。钢构泥石流格栅坝的提出,对拦截泥石流中巨石将起到明显作用,与混凝土格栅坝相比有较大技术改进,该新型拦挡体系在泥石流综合治理中必不可少。

浮式竹格栅坝水力特性试验研究

在用于河道整治的建筑物中，浮式格栅坝是其中的一种，它具有结构简单，施工方便，造价低廉等诸多优点．通过直接影响格栅坝下游流速场变化的坝体透水系数α、坝体倾角θ、河道水深ｈ、减速率等重要水力参数的试验研究；提供了在不同坝体透水程度、河道平均流速及水深、坝体倾角运行工况下的图表．为格栅坝的设计及运行管理提供了可靠的依据．

冲击速度对带支撑钢构格栅坝抗冲击性能的影响

带支撑钢构格栅坝在拦截大石块,减小泥石流冲击破坏中有十分重要的作用。利用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA对带支撑钢构格栅坝结构模型进行数值模拟。用钢球模拟巨石,以不同的冲击速度在格栅坝中间榀顶层梁柱节点施加冲击荷载,分析在冲击荷载作用下结构的动力响应。结果表明:带支撑钢构格栅坝各处位移随着钢球冲击速度的增加逐渐增大,基本呈现线性变化的规律,尤其在冲击作用点处结构的位移变化率最大,且距冲击作用位置越远位移变化率越小;结构各处应力值随着冲击速度的增加而增大,且距冲击作用位置较远的单元应力变化接近线性增长规律;随着冲击速度的提升,结构各柱脚支反力逐渐增大。

西藏林芝八一镇电厂沟格栅坝工程施工中采取的技术措施

西藏林芝地区八一镇电厂沟格栅坝工程土石方、钢筋、模板、混凝土工程量大 ,场地自然地理地质条件极为复杂 ,施工中将遇到安全放炮 ,墩柱的垂直度及冬季防冻等问题 ,本文着重介绍了对付这些问题所采取的技术措施。

冲击荷载作用下带支撑钢构格栅坝位移分析

就带支撑钢构格栅坝结构模型,利用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟。分析在冲击荷载作用下结构的位移响应。结果表明:带支撑钢构格栅坝可以有效减小泥石流巨石冲击下结构的位移,在现有格栅坝基础上位移减小了50%之多。

复式疏齿状泥石流格栅坝及其效益

四川马尔康县大郎足沟泥石流防治工程中设计的“复式疏齿状泥石流格栅坝”，能拦粗过细，汰沙排水、防冲抗磨，其整体性强、稳定性好、投资经济、效益显著，并可从事开发性清除库内砂石，从而进一步提高效益与使用年限。

钢轨格栅坝在水石流防治工程中的应用

钢轨格栅坝对水石流灾害治理效果显著,逐渐为工程界所接纳。文章梳理了拦挡工程设计思路,着重阐述格栅坝的设计步骤及应注意的问题,对泥石流重度γc、设计泥深Hc、水力坡度I、糙率系数n的正确取值做了详细讨论和分析;提出了采用断面过流的几何条件和流速公式确定不同断面泥石流流速和设计泥深的方法;建议采用水中土体的体积浓度Cv来确定横梁间距和治理效果;运用量纲分析方法指出了《泥石流灾害防治工程勘查规范(DZ/T0220—2006)》、《泥石流灾害防治工程设计规范(DZ/T0239—2004)》(文中简称"勘查规范"、"设计规范")中对于块石冲击力Fb、扬压力Fy单位的错误注释。以上方法和步骤已在华山峪泥石流治理工程设计中得到了验证。