弹簧格构泥石流拦挡坝抗冲击性能研究

【摘要】泥石流是我国山区常见的自然灾害现象,具有爆发突然、运动快速、历时短暂、破坏性大等特点。我国对泥石流灾害的治理始于20世纪50年代,到目前我国对泥石流的防治措施主要包括预防、预警预报和治理三大类措施。拦挡坝是治理工程中的主要工程措施,当泥石流造成拦挡坝的一部分或全部破坏时,不仅防灾功能丧失殆尽,不能有效防止泥石流灾害,反而还会显著加重泥石流的危害。泥石流的冲击力由泥石流浆体动压力和大块石撞击力两部分组成,而大石块的撞击往往会使拦挡坝受到损坏甚至破裂。为了有效提高泥石流拦挡坝抵抗大石块冲击的能力,本文提出一种新型弹簧格构泥石流拦挡结构,对该种结构的抗冲击性能进行了分析研究,主要工作包括：(1)根据调整结构刚度降低冲击作用的原理,以前坝耗能,后坝承载的新理念为基础提出了弹簧格构泥石流拦挡坝。弹簧格构坝由三部分组成：前部钢架、中间弹簧、后部坝体。弹簧格构坝在受到大块石撞击时首先接触到前部钢架,其发生塑性变形后压缩中间弹簧,从而吸收了一部分能量起到了一定的缓冲作用,避免了大块石对混凝土坝体的直接冲击破坏。(2)建立了有限元模型,对普通重力式泥石流拦挡坝和弹簧格构坝在大块石冲击作用下的动力响应进行数值模拟,从坝体的应力分布情况,以及冲击力、支反力、位移的大小和能量分配等方面对普通坝和弹簧格构坝进行了对比分析,验证弹簧格构坝优越的抗冲击性能。(3)为了较全面地分析大块石撞击时普通坝和弹簧格构坝的动力响应,文中分别讨论了不同撞击质量、不同撞击速度、不同撞击高度、不同弹簧刚度对普通坝和弹簧格构坝的最大冲击力、最大支反力、最大坝顶位移的影响,得到了各参数对坝体抗冲击性能的影响规律。(4)在有限元分析的基础上,通过自主设计的斜向冲击试验加载平台,对普通坝和弹簧格构坝进行抗冲击性能试验研究。对坝体的位移、加速度及应力分布情况进行了测量,并用高速摄像机对结构受冲击历程和破坏过程进行拍摄,对比分析了不同冲击高度和不同冲击质量下弹簧格构坝与普通坝的抗冲击性能。通过以上工作,可以了解弹簧格构坝在冲击作用下的动态响应特征,以及其与普通坝的抗冲击性能的优劣,为弹簧格构泥石流拦挡坝的实际应用提供参考。
【作者】吕志刚；
【导师】王秀丽；黄锐；
【作者基本信息】兰州理工大学，建筑与土木工程，2014，硕士
【关键词】弹簧格构泥石流拦挡坝；大块石；抗冲击性能；数值模拟；LS-DYNA；试验研究；

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