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黄土地区泥石流对桥墩冲击的数值模拟研究
| 论文题名： | 黄土地区泥石流对桥墩冲击的数值模拟研究 |
| 关键词： | 桥墩;冲击载荷;数值模拟;双向流固耦合;泥石流 |
| 摘要： | 我国黄土分布范围极广，总覆盖面积约为640000km2;黄土是一种特殊的土状堆积物，抗侵蚀和抗重力剥蚀的能力低;容易发生的沟岸坍塌、滑坡、溜坍等失稳现象为黄土地区泥石流的形成提供了主要的物质来源;侵蚀沟、潜蚀、沟岸坡积黄土等现象也能为泥石流提供物质来源。 近年，黄土地区泥石流冲毁线路构造物特别是桥梁的事件日趋增多;以此作为研究背景，并以国内外对泥石流冲击性能的研究方法和结论为基础;同时结合流体力学的经验、成果，对黄土地区泥石流的成分和主要性质进行了综合分析研究;利用分析的结果，借助于软件ANSYS Workbench建立了共15种泥石流冲击桥墩的模拟工况，以针对阵发性、持续性两种泥石流活动对桥墩冲击过程中的众多问题进行双向流固耦合模拟。经过对模拟结果的综合分析得出以下结论: (1)堰塞湖崩塌后形成的阵发性泥石流对下游桥墩的危害是灾难性的，以初始泥石流液面高度为16m例，桥墩混凝土在抗拉、抗剪方面都不能满足要求，应力完全由对应的钢筋承担。另外，受压区混凝土也处于危险的边缘。因此，在此类工况下即使适筋桥墩仍有被摧毁的危险。 (2)模拟结果与“泥石流灾害防治工程设计规范”中推荐的泥石流冲击力计算公式计算结果对比发现规范推荐公式安全。 (3)大石块的冲击主要从三个方面影响桥墩安全:强度、稳定性和破坏碰撞点混凝土引起的局部破坏。 (4)由于桥墩的阻碍作用改变了泥石流高速运动的流场，加强了局部下切，解释了泥石流灾害中迎冲面附近冲击坑的形成原因。 (5)施做盖梁可以增加桥墩整体的强度和稳定性。 (6)冲击角度主要在两个方面对桥墩产生影响:改变等效迎冲面的面积和前墩柱对后墩柱附近流场的影响。 (7)经过综合数据分析，在泥石流多发区域，为更好的满足桥墩强度和稳定性的需要，尽量设计圆形截面桥墩。 另外，针对每一问题给出了针对性的改进意见。 |
| 作者： | 常凯 |
| 专业： | 流体力学 |
| 导师： | 何文社 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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