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滚石冲击桥墩的破损机理及桥墩的受力特征研究
| 论文题名： | 滚石冲击桥墩的破损机理及桥墩的受力特征研究 |
| 关键词： | 桥墩结构;滚石冲击作用;破损机理;受力特征 |
| 摘要： | 随着西部大开发及山区工程建设不断推进，山区工程受地质灾害威胁越来越严重。尤其在西南山区，由于地形复杂，基础设施，特别是桥梁墩柱长期遭受滑坡、泥石流、崩塌滚石等地质灾害的威胁。裂隙及节理发育的危岩体极易发生滚石灾害，当滚石脱离母岩，会沿边坡快速向坡脚运动，继而撞击桥墩并造成桥墩结构受损，甚至失效。滚石灾害其质量大小和运动轨迹具有不确定性，使得滚石灾害的研究及防治难度较大。目前针对滚石撞击桥墩的研究主要从两个方面：物理试验方面，将滚石视为刚体，忽略滚石塑性变形和破碎；数值模拟方面，利用有限元方法分析滚石撞击桥墩的动力响应，不考虑滚石的破碎，通过分析桥墩小变形和位移达到分析桥墩动力响应的目的，分析结果具有一定局限性。因此，本文以滚石为主要研究对象，通过模型试验和数值模拟进行研究，利用离散元方法考虑滚石撞击后破损，并分析桥墩的受力特征，从而为滚石灾害防治提供参考。本文完成的工作及研究成果如下： （1）建立桥墩与滚石缩尺模型，通过缩尺理论确定桥墩及滚石的缩尺关系； （2）通过对比试验分析，由M10水泥砂浆和C30混凝土制作的滚石在撞击过程中的破损特征，最后确定滚石材料的选择； （3）通过缩尺模型试验，设置15种工况，研究内部预留不同裂隙的滚石在不同坡面角度下撞击桥墩的破损情况，并对桥墩受损进行定性分析。结果表明：滚石破损程度与滚石裂隙数和坡面角度呈正相关，桥墩的损伤随着坡面角度的增加而增加，滚石裂隙数变化对桥墩损伤的影响不明显； （4）利用离散元数值模拟，设置20种工况，构建滚石破碎模型，并与实心滚石对比，分析滚石沿坡面撞击桥墩的全过程，研究滚石破碎对滚石速度、能量变化、桥墩作用力以及撞击部位的影响。结果表明：滚石破碎时速度增加，能量减少，对桥墩的损伤比不考虑破碎时小，因此，不能忽略滚石破碎对桥墩的影响； （5）通过冲击力对比验证利用离散元方法在模拟滚石破碎以及冲击桥墩过程的适用性，并提出山区桥墩预防滚石灾害的防护建议。 |
| 作者： | 谭良彪 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 韩培锋;黄旭 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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