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.     

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.     

泥石流作用下拦挡坝的流固耦合分析

为探究泥石流浆体与防治工程之间的耦合作用关系,将大型通用有限元软件集成平台ANSYS Workbench下的计算流体动力学分析软件CFX与结构静力分析模块Static Structural相结合,对泥石流灾害防治工程中广泛应用的重力式拦挡坝进行空库过流条件下的单向流固耦合分析,并且在分析过程中特别引入了水利水电工程拱坝体型设计中的柔度系数.结果表明,流动状态稳定后的泥石流浆体总压力符合液体压强沿深度方向上小下大的层状分布规律;外流场分析得到的泥石流冲击力与规范公式计算值十分接近,二者误差不超过5%;建议以流动状态稳定后的浆体动压力作为泥石流流体作用下的最不利荷载;如果重力式拦挡坝的柔度系数超过15,则在力学上属于平面应变问题.     

基于水槽试验的泥石流拦挡坝泄水涵洞调控性能

拦挡坝体上布设泄水涵洞对泥石流破坏力的调控能力问题长期未得到强有力的证实。为此,采用室内水槽试验模拟泥石流对3种类型拦挡坝(Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型)的作用过程,从中获取拦挡坝坝后泥位、振动加速度、体积含水率和孔隙水压力等力学参数的变化数据,对比分析泥石流拦挡坝泄水涵洞的调控性能。结果表明：拦挡坝布设泄水涵洞会促使泥石流快速完成水石分离,减轻泥位的剧烈变化;加设拦挡坝后,泥石流的振动加速度会大幅减弱,且3种类型拦挡坝的坝后振动加速度数据比较接近,说明拦挡坝是否布设泄水涵洞对其遭受泥石流冲击力的大小几乎无影响,拦挡坝布设泄水涵洞并不会明显降低坝体安全性;Ⅰ型拦挡坝对体积含水率影响大,Ⅱ型、Ⅲ型拦挡坝体积含水率瞬间增大后又快速回落,说明布设泄水涵洞对减小坝前雍水的效果明显;预留泄水涵洞后,可以明显减轻下游坝体的孔隙水压力破坏,达到保护下游坝体的目的。以上试验现象说明,拦挡坝增设泄水涵洞可显著降低泥石流的破坏作用。     

泥石流拦挡坝总坝高设定及坝后淤积计算

泥石流沟道治理中拦挡坝总坝高的设定和坝后淤积率的计算涉及治理工程的安全和经济效益,是一个无法回避的难点。以武都区已治理的23条沟道(共布设112道拦挡坝)作为研究对象进行比较分析,采用直线相关的回归方程对经验公式进行优化。结果表明:泥石流沟道运行9～11 a后,武都区43%的泥石流治理沟道总库容淤积和单坝淤积不足50%,属于过度治理;优化后的拦挡坝总高度计算公式既考虑了泥石流沟道治理的安全,又考虑了治理效益的最大化,更符合设计要求;推导的坝后回淤比降计算公式与原沟床建立了线性关系,便于设计人员应用,其计算结果约为治理前沟床比降的0.49～0.61倍,在前人研究的区间内,具有科学性和实用性。以上研究为武都区泥石流拦挡坝设计、创新及管理提供了可靠依据。     

泥石流大块石冲击作用下桩林结构的破坏形式及其优化分析

桩林结构在拦截泥石流大块石的实际应用中较为广泛,但由于理论研究匮乏,导致该类型拦挡结构在实际应用中主要凭借工程人员的经验来确定具体尺寸。选取了桩林结构的典型"品"字形桩林结构单元,创新性地建立桩林结构破坏的力学模型,分析得出桩林结构破坏的三种主要形式及相应的临界条件。利用ANSYS Explicit Dynamics软件对不同的荷载作用位置下,桩间距、排间距不同的"品"字形桩林结构进行了块石冲击下的动力响应模拟和分析,数值分析结果与力学模型分析得出的结果较吻合。对结果总结分析后,得出桩间距、桩排间距、荷载作用位置对桩林结构破坏形式的影响。     

泥石流大块石冲击作用下桩林结构的破坏形式研究及其优化分析

桩林结构在拦截泥石流大块石的实际应用中较为广泛,但由于理论研究匮乏,导致该类型拦挡结构在实际应用中主要凭借工程人员的经验来确定具体尺寸。选取了桩林结构的典型"品"字形桩林结构单元,创新性地建立桩林结构破坏的力学模型,分析得出桩林结构破坏的三种主要形式及相应的临界条件。利用ANSYS Explicit Dynamics软件对不同的荷载作用位置下,桩间距、排间距不同的"品"字形桩林结构进行了块石冲击下的动力响应模拟和分析,数值分析结果与力学模型分析得出的结果较吻合。对结果总结分析后,得出桩间距、桩排间距、荷载作用位置对桩林结构破坏形式的影响。     

泥石流大块石对简支梁冲击力修正计算

在泥石流易发区,针对格栅坝支墩、桥墩这样的简支梁结构,确定大块石的冲击荷载尤为重要。基于Hertz弹性球接触理论,结合Thornton理想弹塑性体假设,考虑混凝土材料受大块石冲击荷载作用下的弹塑性特性,将泥石流大块石冲击简支梁结构的整个动力响应过程概化为:第一次碰撞—桩身弯曲变形—第二次碰撞—静止。以能量守恒为基础,将泥石流大块石冲击力分解为第一次碰撞产生的冲击力和第二次碰撞产生的冲击力,以初次碰撞的冲击力为最大冲击力,提出了冲击力修正计算公式。最后进行实例分析,计算结果表明:梁长越短,冲击压力增长越快,梁长越长,冲击压力增长越慢,且该公式计算值仅占基于Hertz弹性球接触理论结果值的20. 3%,更符合实际情况。     

冲击荷载下钢筋混凝土梁抗冲击性能研究进展

针对冲击荷载下钢筋混凝土梁抗冲击性能研究广泛并取得许多有价值成果的研究现状，对国内外众多学者基于试验、数值与理论等方法开展的大量工作与研究成果进行综述，包括冲击荷载的研究、材料的应变率效应、钢筋混凝土梁的动态响应与破坏机制、设计评估方法；根据钢筋混凝土梁破坏规律与特点，对破坏模式进行归纳总结，并提出基于承载力的破坏模式判别准则；指出未来钢筋混凝土梁抗冲击研究重点应包括冲击荷载的计算、钢筋混凝土梁破坏判别与简化响应计算。     

低速冲击下钢筋混凝土深梁抗冲击性能及其损伤评估

为研究钢筋混凝土深梁在低速冲击下的抗冲击性能和损伤机理,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对不同冲击速度下深梁动力响应进行模拟.分析深梁的动态损伤过程及横截面的损伤分布,采用截面损伤因子对钢筋混凝土深梁的损伤程度进行定量评估;进一步分析边界条件、冲击位置对深梁抗冲击性能和损伤的影响.分析结果表明:建立的模型可以合...     

泥石流块石冲击下钢框架动力响应分析

探究在泥石流块石冲击下山地地区钢框架结构建筑物的动力响应,运用显示动力学方法对5层钢框架结构计算模型进行数值模拟,分析不同速度的冲击物作用在结构不同位置时的动力响应.结果表明:在冲击物速度不变的情况下,冲击荷载作用于结构的不同位置时,其动力响应差别较大,节点处的响应明显小于梁、柱部位,边跨节点响应要大于中间跨节点;冲击物作用于节点时结构中边跨节点的材料最先进入塑性,且最容易发生破坏,而中间跨节点处相连接的3根梁受到的等效应力最大,材料最先进入塑性;通过对比沿冲击方向梁上某些单元的等效应力,可知在冲击物作用下节点处所承受的能量比梁的要大,撞击所引起的动力反应是局部性的;柱子在冲击过程中吸收的能量最多,是结构受到冲击时最容易发生破坏的部位.     

CFRP加固砌体墙抗泥石流冲击性能试验研究

改进了传统的碳纤维增强复合材料(CFRP)加固砌体的结构方式,采用CFRP满贴半包裹加固砌体墙受冲击面,对CFRP改善砌体墙抗泥石流冲击性能进行了试验.基于三维数字散斑影像相关方法测量试验墙面位移场和节点时程位移,比较了CFRP加固前后砌体墙的破坏情况及墙面位移特点,分析了CFRP加固对砌体墙抗冲击性能的改善情况及加固前后砌体墙受冲击作用下的破坏机理.试验结果表明:传统砌体结构抵抗泥石流冲击性能较差,在砌体墙承受能量为37,343,809,1 568 J的撞击各两次后将完全破坏;而碳纤维布加固后的砌体墙可继续承受6次1 568 J的撞击才完全破坏;墙体采用CFRP加固后具有更好的整体性,其在泥石流冲击作用下的位移显著减小且分布更加均匀,抗变形和抗裂性能明显提高,抵抗泥石流冲击荷载能力显著改善.     

泥石流冲击作用下砌体结构破坏机理研究

利用LS-DYNA建立了某二层砌体结构的有限元模型,研究了泥石流冲击作用下砌体结构的破坏机理,对比了黏性泥石流和稀性泥石流冲击作用下结构的整体响应,讨论了泥石流速度对结构破坏位置和位移的影响.结果表明:在黏性泥石流冲击作用下,结构仅碰撞位置发生破坏;在稀性泥石流冲击作用下,结构在碰撞位置和底部支座处均发生破坏;碰撞过程中,结构整体位移很小,除被撞横墙外,其余部位均处于弹性状态;结构的位移响应随泥石流速度的增加而增大,当速度增加到一定程度时,结构位移响应不再符合上述规律.     

泥石流冲击荷载下圆钢管的破坏机理分析

为研究泥石流冲击荷载下圆钢管构件的破坏机理,利用LS-DYNA对一端固定的圆钢管构件进行数值模拟分析.通过改变钢管的直径、壁厚、撞击点高度,以及冲击物的质量、冲击物的速度等变量,计算了243个工况,并对圆钢管构件的动力响应进行对比分析.结果表明,钢管构件的壁厚、直径越大,则构件的冲击力越大,冲击点处的变形区域越小,产生的位移越小;在不同的撞击高度下,撞击自由端处引起的位移是柱脚位移的2倍,而冲击力相差不大;冲击物的速度、质量越大,则冲击能量越大,冲击力越大,构件局部发生的变形区域更大,整体产生的位移也随之增大.     

工业安全帽的抗冲击性能

为考察不同使用环境和不同材质安全帽的抗冲击性能,采用落锤试验对几种常用安全帽进行落锤冲击实验。通过自制头模和实测头模上的应变信号,对照观察不同能量下的破坏情况得出：安全帽的抗冲击能力主要取决于安全帽的材料和构造,其中帽箍具有不可忽视的防护功能;同一材质的安全帽承受冲击能量是有限的,当冲击能量超过55 J时,安全帽将会失去保护作用;经过2～3 a的使用而老化的安全帽的冲击强度明显下降。     

泥石流块石冲击作用下钢网格结构动力响应

针对水土流失十分严重,极易发生沙砾型泥石流的沟道,根据泥石流作用下拦挡结构的承载力和水石分离的技术需要,提出受力合理的新型空间网格拦挡体系;结合实际工程的具体尺寸建立计算模型,运用显示动力学软件LS-DYNA进行数值模拟;考虑冲击物作用在结构不同位置时的动力响应,探讨该结构的动力特征.结果表明,此种类型的体系可以满足结构抗冲击的要求,满足实现水石分离的需要,并符合有效地拦挡泥石流块石的要求;结构的动力性能与静力性能差别较大,设计时应充分考虑结构的动力效应;在同一速度冲击物撞击结构不同位置时,动力响应差别较大,设计时应充分考虑结构的动力效应;结构的动力响应还受到坡度的影响.考虑到泥石流作用的随机性,计算了多冲击物作用于结构不同位置时结构的动力响应.     

泥石流冲击作用下CFRP加强型柔性索网体系动力响应分析

为了使泥石流柔性防护索网体系具有更好的耐久性和抗冲击性,将轻质高强、耐腐蚀性较好的碳纤维复合材料(CFRP)与索网结合,提出一种加强型柔性索网体系.通过九组静力拉伸试验、并运用有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟,研究CFRP材料对筋材静力性能的影响,研究冲击荷载作用下单索、组合索以及索网在粘贴碳纤维布后的动力响应,探讨碳纤维布对柔性索网抗冲击性能的影响,并与无碳纤维布的情况进行对比分析.结果表明:在拉伸试验中,碳纤维布对于筋材的屈服强度有明显的提升作用,但对拉伸强度的提升不明显;在模拟的冲击过程中,粘贴碳纤维布的钢索整体刚度有一定的提升,同时在各级冲击荷载作用下的位移有所减小;碳纤维布在不发生失效的情况下能分担一部分钢索应力;冲击点附近以及钢索固定端处的碳纤维布容易发生失效破坏,致使钢索应力产生“突变”现象.     

基于正交试验与Hypermesh/Ls-Dyna的栽石拦挡方案优化设计

为提升农村公路上应用较为普遍的栽石拦挡的安全性能。应用正交试验的方法,设计了三因素两水平的三种不同的栽石拦挡布置方案。基于Hypermesh/LS-DYNA软件环境和最新的JTG B05-01—2013《公路护栏安全性能评价标准》进行三种方案的计算机仿真碰撞试验,根据试验结果来评价三种方案安全性能的优劣,从而得到最佳的栽石拦挡布置方案。正交试验结果表明:栽石拦挡方案一安全性能不满足规范要求,栽石拦挡方案二与方案三的防护等级能达到C级;其中方案二的安全性能最佳。     

不同拦挡距离对滑坡碎屑流冲击效应影响的离散元模拟

通过离散元模拟方法研究了不同拦挡距离对滑坡碎屑流冲击效应的影响。结果表明:不同拦挡距离对碎屑流运动平均速度的影响呈下降趋势,拦挡距离越近,平均速度下降越快,拦挡距离越远,平均速度下降越慢;颗粒开始接触挡板,挡板距离越近,曲线近似于抛物线下降,挡板距离越远,曲线近似于线性下降;不同拦挡距离影响颗粒之间的最大平均接触力,曲线依然呈现先增后减再增再减的趋势;颗粒对挡板的冲击力可近似分为线性增大、持力阶段、线性减小3个阶段,挡板距离增大,线性增大阶段时间和持力阶段时间都有所减少,其中,持力阶段时间减小比线性增大阶段快,说明当建筑物离滑坡距离较近时,建筑设计要考虑最大冲击力以及后续持力阶段的作用效应,当建筑物离滑坡距离较远时,建筑的设计主要考虑最大冲击力对建筑物的影响。