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原文传递山洪作用下河湾段路基挡墙破坏机理研究

论文题名：	山洪作用下河湾段路基挡墙破坏机理研究
关键词：	傍河段公路;山洪作用;冲刷程度;挡墙破坏
摘要：	由于我国是多山地丘陵地形的特征决定了在修建公路时必须依靠其山区的地势地貌。然而山区的地形地势极其复杂多变，在公路选线时往往选择沿溪线或者傍河线，此时又因为修建公路的需要，所以多采用半挖半填的路基。傍河段公路的一侧便是河道的岸坡，对于一些特殊情况通常会增设防护结构-挡土墙以保证沿河公路的使用寿命。但路基边坡及挡墙基底泥沙在经过河水日积月累的渗流和冲蚀下，土体的粘聚力和内摩阻力不断下降，导致山区雨季来临时，河床水位大幅度提高。大量水流汇入主河流速暴增水位暴涨，对沿河路基的冲击以及冲蚀强度也成倍增加，从而加重了对河湾凹岸段路基的冲刷破坏程度，导致挡土墙下滑引起路面沉陷，造成山区交通不畅。因此，对于山区沿河公路河湾段的路基冲刷破坏研究就显得尤为重要。本文通过山洪冲刷路基边坡试验研究了造成沿河路基破坏的流速、流量、河湾转角、初始水深及河床质等相关因素。同时运用 fluent仿真软件模拟了不同工况下对河湾段路基的冲刷程度，进一步分析河湾段路基挡墙的破坏机理及全过程。主要研究内容如下：　　一、分析了河湾段山洪的水流特性、河湾段公路水毁的破坏类型以及破坏机理，总结得出山区沿河公路水毁的影响因素大致可分为：外在因素、内在因素以及时间因素，进一步探究了山洪在冲刷河湾凹岸路基从“冲刷-挡墙基底冲蚀-路基挡土墙下滑破坏-路基滑动-路面沉降”的破坏全过程。　　二、建立了洪水冲刷下的挡土墙稳定性分析力学模型，结合工程实例分析其路基边坡挡墙在枯水期以及洪峰之后的稳定性，计算得到洪峰之后墙前后水位差变大，挡墙抗滑稳定性相较于抗倾覆稳定性衰变更快。　　三、构建了以国道549线石棉至九龙段k39+150--k39+450为工程背景的山洪冲刷路基边坡试验缩尺模型。以单一变量的原则为前提，采用了 4 种不同的工况设置的动床模型，在河湾凹岸一侧增设挡土墙，最大程度地还原山区沿河公路在经受山洪冲刷过程中所导致路基横向冲刷以及纵向冲刷深度，进一步探究了沿河路基挡墙的破坏过程。　　四、记录了不同工况下洪水冲击挡土墙运动的过程；发现了在弯道段的横向环流现象以及河道“凹冲凸淤”的断面现象；以及在同一工况下，轻质模型沙的路基挡土墙墙前沿程各断面水深均高于自然沙下的水深；分析了河湾段路基挡墙边坡各断面水深、流速的分布规律，多种数据结果均表现为弯道出口的水深与流速最大。　　五、记录了山洪冲刷路基边坡试验中水流对挡墙基底的（横、纵向）冲刷的试验现象；分析了在不同的工况下挡墙基底的（横、纵向）冲刷规律，根据结果发现在不同的工况下，弯道各段的挡墙基底冲刷程度不一的现象，得到了整体冲刷程度表现为（弯道出口）gt;（弯顶）gt;（弯道进口）的结论，这可能是在弯道出口段水流流速在环流的加持下增大，产生更大的冲刷动能，导致该处挡墙基底的下切应力增强，从而造成弯道出口段冲刷更加明显且更容易致使挡墙发生破坏。　　六、建立了山洪冲刷路基三维模型，同时再运用 fluent 软件对不同工况进行了模拟仿真。其仿真结果表明：（1）在弯道入口到弯顶段动压力和静压力表现为凸岸大于凹岸，从弯顶到弯道出口段中动压力不断移向凹岸一侧。（2）在相同工况下，流速越大对挡墙基底冲刷越强，使挡墙下滑破坏越快，且下滑深度更深。（3）流速一定时，初始水深和转角的增大都加快了挡墙基底的冲刷。（4）河湾段挡墙各断面受到的冲击压强大小表现为弯道出口最大，弯顶次之，入口最小。（5）模拟结果与试验结果规律相互印证。
作者：	黄鹏
专业：	交通运输
导师：	夏毓超
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023