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原文传递泥石流地区涵洞毁损机理及其结构设计研究

论文题名：	泥石流地区涵洞毁损机理及其结构设计研究
关键词：	山区公路;泥石流区;涵洞结构;毁损机理;数值仿真
摘要：	泥石流灾害是造成山区公路沿线桥涵及其结构物毁损的最主要原因之一。随着我国“一带一路”发展战略的逐渐实施和西部大开发战略持续深入推进，西部地区人为活动度不断增长加上特殊的地域环境和地貌地质条件孕育着泥石流灾害的频繁发生，公路泥石流区涵洞受冲蚀毁损成为当下公路行业亟待解决的问题。　　本文通过实地调查和分析东川泥石流区桥涵的毁损状况及泥石流发育特征。以东川黑水河为研究对象，运用理论分析、野外试验、数值计算与数值仿真相结合的方法，从泥石流冲击、掏蚀方面研究泥石流对路基涵洞毁损机理，完成U型涵洞设计，分析并提出泥石流公路涵洞区综合防治技术措施，主要结论如下: 　　①通过分析东川区内泥石流发育的时空分布特征，计算得出功山至小江口段泥石流分布线密度为0.81条/km，功山至东川段项目区分布线密度为1.25条/km。　　②通过分析认为东川泥石流公路区涵洞毁损原因主要由泥石流的冲刷、磨蚀造成，分析得出区内公路涵洞的毁损率达51％左右;区内使用盖板涵的数量最大，占全线涵洞的53％，其毁损率占毁损涵洞的49％;圆管涵的毁损率最高，达68％。　　③泥石流直接冲击变形阶段主要包括泥石流冲涨施加荷载、反复冲击和拖拽三个阶段。通过泥石流直接冲击洞门侧墙二维应力和位移分析得出主要应力集中在墙脚处，最大受力值为0.91MPa，最大水平位移值为3.93mm;泥石流冲蚀涵洞过程中，泥石流的涨落使得涵洞处应力及位移明显产生变化，涵洞接触面随着泥石流冲蚀峰值的出现应力变得愈加集中，侧墙右下脚出现最大应力为0.738MPa。　　④通过三维应力场和位移场分析得出入口0～1m区域侧墙下部区域和铺底处应力表现集中最大，受冲蚀、掏挖最为严重，最大应力为0.717MPa,最大水平位移为48.22mm。三维模型能够更加详细全面展现泥石流冲蚀和掏挖涵洞过程中泥石流流态变化和涵洞的毁损过程，二维模型和三维模型中涵洞受冲蚀过程都先后表现出冲蚀、掏挖、磨损至毁损从微观局部变形至宏观毁损的演绎机理过程。　　⑤通过详细计算并比较了平底矩型、圆底铺底型、半椭圆铺底型、尖底V型及梯型等5种涵洞最佳水力要素，充分考虑施工工艺、工程造价等条件综合评价得出半椭圆型铺底型涵洞最佳，最佳铺底厚度为0.6m，并完成U型涵洞设计。　　⑥伴随泥石流冲蚀峰值的出现，泥石流流态变化最剧烈，此时涵洞铺底、侧墙下部及接缝处应力最为集中，随后位移发生最大变化，应力集中处局部剥离。总体上涵洞的应力和位移变化与泥石流冲蚀变化成显著正相关;泥石流、车辆荷载、地震的叠加改变涵洞应力场及位移场，泥石流作用过程中，车辆荷载、地震作用使得涵洞所受应力和位移增加。比较矩型和U型涵洞应力和位移，U型涵洞应力集中程度和最大位移场峰值明显下降，U型涵洞能有效缓解涵洞的毁损程度。　　⑦通过比较等U型涵洞常用式、波浪式、挑流式等三种铺底结构消能抗冲方式，得出挑流式消能率最佳;分析得出水工混凝土加入钢纤维和钢筋都能增加其抗裂性能和韧性，泥砂适合于铺底与地基缓冲层。　　通过系统分析泥石流区泥石流沟时空分布特征和动力特性，深入研究泥石流区涵洞毁损机理，开展新型涵洞设计，探究多重荷载条件下新型涵洞的受力特点，不仅有助于深入理解泥石流冲蚀涵洞过程中泥石流流态变化和涵洞应力位移变化规律;更重要的是U型涵洞设计为泥石流区高等级公路跨越中小型泥石流沟提供一种合理适用的垮沟方案，为公路泥石流地区涵洞建设提供设计依据和技术支持。
作者：	袁猛
专业：	交通运输工程；道路与铁道工程
导师：	丁静声
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文