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研究亮點(diǎn)

成都山地所在抗碎屑流沖擊工程防護(hù)研究中取得進(jìn)展

時(shí)間:2018-07-30   文章編輯:災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、科技處   文本大小:【 |  | 】  【打印

  高強(qiáng)度降雨或地震都可能成為山體滑坡或崩塌發(fā)生的誘因,山體滑坡發(fā)生時(shí)伴隨著大量粒徑不相同的巖石碎屑,碎屑流體積大、速度快,因此沖擊力很大,這種強(qiáng)大的沖擊力常常對(duì)碎屑流運(yùn)動(dòng)前方的結(jié)構(gòu)物及人民生命財(cái)產(chǎn)造成毀滅性災(zāi)難。棚洞作為保護(hù)結(jié)構(gòu)可保證山區(qū)道路安全和交通順暢,為了能有效抵擋碎屑流沖擊破壞,就需要對(duì)碎屑流沖擊棚洞以及緩沖墊層的效應(yīng)進(jìn)行深入研究。中國(guó)科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所姜元俊副研究員等以保護(hù)山區(qū)公路的棚洞結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,通過(guò)室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)的方法,研究了碎屑流對(duì)棚洞的沖擊機(jī)制以及利用碎石作為緩沖墊層的緩沖效應(yīng)。 

  研究發(fā)現(xiàn),沒(méi)有緩沖層的棚洞所受的沖擊力要大于有碎石緩沖層的情況。在沒(méi)有碎石墊層的情況下,棚洞上的最大法向力和切向力分量作用在受沖擊側(cè)的拱腳位置,增加碎石墊層后,最大沖擊力的值變小,并且最大法向力和切向力分量從受沖擊側(cè)的拱腳偏移大約30o~45o,這表明緩沖層不僅能減小沖擊力的大小,還能改變其分布模式。 

  研究還發(fā)現(xiàn),力法是棚洞內(nèi)力計(jì)算的有效方法,它可以快速計(jì)算沖擊過(guò)程中每一時(shí)刻棚洞的內(nèi)力。以沖擊力作為輸入對(duì)棚洞運(yùn)用力法分析其結(jié)構(gòu)內(nèi)力,發(fā)現(xiàn)碎石墊層可以有效減少結(jié)構(gòu)最大彎矩和最大剪力并增加最大軸力,增加了結(jié)構(gòu)的安全性。同時(shí)根據(jù)沖擊過(guò)程中能量的變化,發(fā)現(xiàn)顆粒粒徑較細(xì)的碎石墊層耗散沖擊能量的效果更好。這充分表明了碎石墊層在碎屑流沖擊棚洞時(shí)發(fā)揮了顯著的緩沖和耗能作用。 

  本研究成果可以應(yīng)用于災(zāi)害防治與治理中,一旦災(zāi)害發(fā)生,可以緊急安裝一種沒(méi)有碎石墊層的預(yù)制棚洞來(lái)避免山體滑坡和崩塌所造成的次生災(zāi)害。如果時(shí)間足夠,還可以從棚洞周?chē)h(huán)境中提取礫石,制作成一種由巖土材料構(gòu)成的碎石墊層,能有效的提高棚洞安全性。 

  該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金資助項(xiàng)(41502334)、成都山地所一三五項(xiàng)目(SDS-135-1705SDS-135-1704)的支持,相關(guān)成果已發(fā)表于Rock Mechanics and Rock Engineering上。  

    全文鏈接:https://doi.org/10.1007/s00603-018-1478-1

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