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原文传递公路泥石流排导结构设计原理

论文题名：	公路泥石流排导结构设计原理
关键词：	公路泥石流;排导结构;地质灾害;防治结构;有限元分析
摘要：	泥石流是山区常见的地质灾害。我国山地约占国土面积的三分之二，是世界上泥石流分布较广泛和灾害较严重的国家之一。随着山区经济开发和公路的伸展，公路遇到的泥石流灾害亦随之增加。我国每年雨季因此而造成的断道、抢险、养护和整治费用以及直接与间接的经济损失数以亿元计，人员伤亡、设备被毁和行车安全事故时有发生，成为山区公路建设和运营管理的重要制约因素。山区公路泥石流灾害的治理亟待研究。针对常见的公路泥石流防治结构-泥石流排导结构，本文综合运用结构力学、弹性力学、材料力学、高等土力学等学科理论对排导结构的内力进行了详细的分析，重点研究了底越式排导结构和顶越式排导结构的设计方法，为公路泥石流防治结构的设计提供理论支撑。取得的研究成果如下：　　 (1)针对大块石冲击力往往导致防治结构的破坏，而常用的泥石流大块石冲击力采用船筏撞击力导致计算结果很大，无法运用到工程实际中，本文采用能量法对泥石流大块石的冲击力进行了计算，这种计算方法为泥石流防治结构的设计提供了又一种思路。　　 (2)对汇流槽在泥石流冲击力作用下的内力进行了分析，为简化计算，便于应用于实际工程，把汇流槽看作悬臂梁进行内力计算，冲击荷载包括了泥石流体和泥石流体中大块石的冲击力。其中大块石冲击力同时采用船筏撞击力公式和基于能量法推导的冲击力公式进行计算。　　 (3)针对常用的泥石流排导结构-V型排导结构，基于V型排导槽的受荷模式及边界条件，运用朗肯土压力理论和Winkler弹性地基梁计算理论建立了V型排导结构侧墙和槽底的计算方法，并以平川泥石流防治工程为例进行了V型排导结构的设计计算。　　 (4)由于上述Winkler弹性地基梁理论很复杂，不适合在工程实际中应用，为便于运用到实际工程，对排导底越式排导结构槽底计算方法-Winkler弹性地基梁计算理论进行简化，采用反力直线法进行计算，该方法假定地基反力是按直线规律分布的，其地基反力图形在对称荷载作用下是矩形的，在偏心荷载作用下是梯形的。由于该假定没有考虑基础和地基变形的一致性，因此不论荷载及其分布情况如何，基础刚度和土壤的力学性质如何都可直接用材料力学的中心或偏心受压公式计算出地基反力，具有计算简便的优点。由于该方法没有考虑基础梁和地基之间的变形协调，因而其计算结果不精确。本文在进行了大量的计算基础之上给出了一个可参考的简化系数，为底越式排导结构的设计提供参考。　　 (5)针对在特殊地形条件下需要采用的顶越式排导结构，本文依次对顶越式排导结构主体的各个部分进行内力分析，依次为：槽身、支撑结构、基础。为顶越式排导结构的设计提供理论基础。　　 (6)运用大型通用有限元软件ANSYS中的beam54单元对底越式排导结构的弹性地基梁进行了内力分析，运用beam4单元和solid45单元分别对顶越式排导结构的支撑系统和顶越式排导结构整体进行了内力及应力应变的分析，并与前述解析解进行了比较。
作者：	孙晓勇
专业：	岩土工程
导师：	陈洪凯;刘光华
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文