落石冲击隧道洞口结构砂垫层的缓冲效果研究

隧道洞口防护结构是西部落石灾害多发区的常用防护手段,通常会在隧道洞口顶部回填一定厚度的垫层来起到缓冲的作用,为研究隧道洞口结构在落石冲击下的破坏机理以及铺设垫层的缓冲效果,采用以砂土作为垫层材料,依托大岩隧道洞口处明洞工程,利用有限元软件建立落石冲击混凝土结构模型,通过对落石速度、冲击力以及结构最大等效应力等结果分析,对砂垫层的缓冲效果做出评价。结果表明,铺设砂垫层显著降低落石冲击力与混凝土结构动应力,隧道洞口的抗冲击性能得到较大提高。     

冲击作用下混凝土板-缓冲层组合结构动力响应

钢筋混凝土板-缓冲层组合结构常用于落石灾害防治。为研究此类结构在落石冲击作用下的动态响应,基于ABAQUS有限元,以缓冲层厚度、落石冲击速度为参变量,开展了冲击力、缓冲效果、钢筋混凝土板损伤的数值模型研究。结果表明：冲击过程中,落石与缓冲层表面的名义冲击力远大于缓冲层与混凝土表面的真实冲击力,在缓冲层为0.6 m,冲击速度分别为20,15,10 m/s时,冲击力衰减率分别为42.0%,42.0%,40.0%;与目前典型冲击力计算模型对比分析发现,在不同冲击速度下,冲击力与冲击速度呈正相关。研究结果与日本公式及隧道手册计算公式的基本一致。对混凝土板位移分析表明：在一定的缓冲层厚度下,随冲击速度的增大,永久变形增大,回弹量占总变形比例较小;最大损伤范围与缓冲层厚度关系不明显。在缓冲层厚度相同的情况下,冲击中心对应的板面与损伤外边缘连线形成的损伤锥锥角介于30°~ 45°。冲击速度很大程度上影响损伤程度和损伤范围。研究结论对落石防护结构的合理设计具有重要指导意义。     

落石冲击荷载作用下埋地PCCP应力应变响应

针对影响预应力钢筒混凝土管(PCCP)安全运行的落石冲击问题,以实际工程为原型,利用有限元理论建立了球形落石冲击埋地PCCP的“石-土-管”模型,在完成静力荷载工况计算的基础上,模拟落石冲击埋地PCCP的过程。通过改变落石半径、落石高度,分析不同落石冲击荷载作用下管道的应力和塑性应变规律。研究结果表明:落石冲击对PCCP的破坏主要为环向受拉塑性破坏;相比于落石高度,落石半径的改变对PCCP的影响更大;10 m的悬空高度下,半径超过1.4 m的落石将会使混凝土管芯产生超过16.0×10^-4的塑性应变,砂浆产生超过9.1×10^-4的塑性应变,导致材料出现可见裂缝;冲击荷载对PCCP各部件的破坏顺序是混凝土管芯、砂浆、钢筒和预应力钢丝,且在混凝土管芯开裂后,钢筒和预应力钢丝的Mises应力将会迅速增大并屈服破坏。     

基于PFC2D的土体缓冲落石冲击能力研究

常用的拦石墙、棚洞等落石防护措施均需布置土体来缓冲落石造成的冲击力,其缓冲能力在进行防护措施结构设计时应合理考虑。颗粒流程序PFC2D(Two-dimensional Particle Flow Code)可有效模拟落石冲击土体和结构的动态过程,用来分析不考虑土体缓冲效应下的落石冲击力,结果与瑞士算法基本一致,略大于日本算法。进一步地,取不同厚度的素填土、粉质黏土和砂质粉土3种缓冲土层,分析不同坠落高度条件下落石经过土体缓冲后对结构的冲击力,发现土体的缓冲能力与土层厚度、缓冲能力与坠落高度均大致呈指数函数关系;坠落高度对缓冲能力的影响基本不随缓冲土体选材改变而变化;同样厚度条件下粉质黏土缓冲能力最大,素填土次之,砂质粉土最小。研究成果表明实际工程中缓冲土层厚度宜设定为2~3 m。     

落石冲击作用下公路破坏机理研究

现有的落石冲击计算公式主要适用于一种均质材料的路面,而公路是由路面和路基组成的二元体结构,基于此,考虑路面在受到落石冲击力后的变形特性,将落石冲击下路面的变形分为压缩变形和刺入变形两种模式。基于能量守恒原理和太沙基地基承载力理论,分别得到两种变形模式下的落石冲击力和由此引起的公路变形量计算公式;并据此导出判断公路安全状态的标准,且以工程实例说明了理论的可靠性。可为落石灾害区公路的设计和施工提供理论依据。     

黏性泥石流浆体对拦砂坝冲击规律研究

泥石流冲击力是拦砂坝发生冲击破坏的主要原因,研究泥石流对拦砂坝的冲击力,可为防止拦砂坝发生冲击破坏及拦砂坝结构优化设计提供数据和技术支撑。影响泥石流冲击力的因素众多且各因素影响程度不同,选取泥石流浆体容重、排导槽坡度、排导槽进口泥深3个主要因素进行了敏感性分析;分别对3个因素设立3个水平,运用正交试验设计原理,确立9组试验方案,分别进行数值模拟,以关键点泥石流最大冲击力为评价指标,基于试验结果,运用极差分析和方差分析对以上因素进行了分析;对泥石流浆体及块石冲击作用下拦砂坝的动力响应进行了相关数值模拟。结果表明:排导槽坡度为影响冲击力大小最显著的因素,其次为排导槽进口泥深、泥石流容重;泥石流浆体会对整个坝体产生冲击作用,而块石仅对坝体局部产生影响。     

关于水电站厂房屋顶设计的一些看法

汶川地震时灾区的许多水电站地面厂房被砸坏,分析原因,主要是因为厂房屋顶存在设计缺陷,无法抵挡落石的冲击是个主要原因。例如,建在高山峡谷中的沙牌电站厂房,采用薄钢板屋顶,地震时边坡落石将屋顶砸穿,致使一台机组报废。针对这一情况,文章建议水电站厂房设计规范中增加对厂房屋顶的规定,建议那些存在高空坠物威胁的地面厂房宜采用混凝土屋顶。作者借鉴军事领域对混凝土抗冲击的研究成果,计算分析了混凝土屋顶抵抗落石冲击的效果,并初步探讨了增加混凝土屋顶抗冲击能力的方法。     

四川麻柳沟地震崩塌落石运动特征分析

根据麻柳沟斜坡的坡体结构、地震崩塌落石分布位置及落石运动轨迹,采用运动学理论方法研究了麻柳沟地震崩塌落石的运动特征。结果表明,地震崩塌落石有别于重力崩塌落石,其运动形式更为复杂。麻柳沟地震崩塌落石的运动过程可分为平抛、滚动两个阶段。受落石大小、形态等影响,不同规模的崩塌落石运动方式有所差异。大型落石往往经过平抛阶段后直接停留在落地的位置,据此可以反算崩塌落石的初始速度;小型落石由于能量较小,落地后迅速被耗尽,基本停留在离落地不远处;对于那些偏心距较小的中型落石,受其形状、大小及坡度等影响,运动距离较远。地震崩塌落石在滚动阶段不受地震力影响,因此其运动方式与重力崩塌落石运动形式相同。     

基于动力有限元法的落石运动轨迹研究

落石运动轨迹的研究是进行落石拦截系统设计的关键,它直接关系到落石拦截系统的成败。采用落石质点模型与ANSYS/LS-DYNA有限元软件研究落石运动轨迹特征,并对2种方法在变坡点处的偏角大小进行比较分析,然后基于实际落石灾害案例对2种方法进行比较,结果表明:忽略形状和大小的质点模型运动轨迹在变坡点处,其弹跳高度与运动距离大于数值模型;以质点模型计算结果作为防护依据,工程造价过高;对于单个典型落石而言,质点模型只能大致反映落石运动趋势,而有限元计算结果能真实反映空间范围内不同形状落石在坡面微地貌影响下不同位置的运动姿态,可以提取任意时刻落石运动特征参量,更接近实际工程情况,可预测落石运动轨迹。研究成果可为落石灾害防治提供指导。     

再生及天然骨料透水混凝土耐磨性能试验研究

系统研究了再生骨料、石灰石骨料、卵石骨料以及矿渣微粉掺量对透水混凝土孔隙率、耐磨性能的影响,并考虑了骨胶比的作用。采用冲击磨损及表面磨损试验以混凝土质量损失率来对比评价混凝土耐磨性能。结果表明:骨胶比对透水混凝土孔隙率影响最大,骨胶比的大小基本与混凝土孔隙率成正比;粗骨料类型对于混凝土冲击磨损性能有很大影响,卵石骨料混凝土冲击磨损性能最差,但表面耐磨性能最好,再生骨料的使用对透水混凝土耐磨性能并没有产生不利影响;随着骨胶比的增加,混凝土表面耐磨性能变差;增加矿渣微粉含量并没有对混凝土表面质量损失造成不利影响。矿渣微粉掺量增加至30%没有降低混凝土耐磨性,结合数据分析,混凝土表面磨损质量损失与冲击磨损质量损失存在一种线性关系。     

无锡阳山落石冲击力计算及灾害治理设计研究

以无锡市阳山北侧废弃采石宕口崩塌地质灾害治理工程为例,对常见落石冲击力计算方法,即路基手册法、隧道手册法和杨其新法,进行比选,并结合计算结果进行防护工程设计。通过对3种方法的比较分析,发现路基手册法中参数容易确定,计算结果相对可靠;隧道手册法中缓冲土层设计厚度不可直接用于计算,当缓冲土层厚度大于0.3 m时,计算所得冲击历时过长,与实际情况不符;杨其新法计算结果与路基手册法接近,结算结果稍微偏小。考虑到工程的安全性和可靠性,推荐路基规范法进行冲击力计算,采用缓冲土层加拦石墙的组合形式进行崩塌落石地质灾害治理。     

水工块结构体形状对水流曳拉力的影响分析

本次实验研究中将块结构体形状概化视作长方体,基于长方体的长、宽、高参数,探究块结构体形状对流水曳拉力的影响,确定基于长高比的曳拉力计算公式,该公式可方便计算水工块结构体的曳拉力。     

桩锤冲击动力响应的解析法分析

采用解析法,建立了锤击过程中桩—锤系统的动力响应.对于桩锤与砧铁采用集中质量块模拟,砧铁垫、桩顶的桩帽采用弹簧表示,桩作为阻尼器,砧座质量与桩帽垫分别考虑,桩锤与铁砧垫的质量分别考虑,分析了桩垫对锤击时桩顶所受最大冲击效果的影响.数值结果表明,随砧铁刚度增加,锤击发生反弹时间减小.当砧铁刚度增大到一定程度时,再增加砧铁刚度对桩所受最大冲击力大小几乎不产生影响;而随桩垫的刚度增加,锤击引起桩所受最大冲击力大小增大.另外随砧铁质量增加,桩所受最大冲击力大小有所减小.     

球体在静水中的沉降规律及其在天然泥沙中的运用

本文分析了球体在静水中沉降时,阻力系数随雷诺数变化的规律,从而提出了球体在静水中的沉速公式。文章的第五部分分析了天然泥沙形状对沉速的影响,并建立了形状系数对阻力系数影响的关系式,在球体沉速公式的基础上,得出了天然泥沙的沉速公式。     

冲孔灌注桩孔底岩土体破坏机理及冲锤选型分析

通过分析冲孔灌注桩的中空冲击钻头结构和孔底岩土体破坏机理;基于落石冲击力计算相关研究成果,给出了冲锤对井孔底的冲击力计算。基于Ｍｉｎｄｌｉｎ课题基本解通过积分建立环形荷载作用下孔底岩土体力学模型。根据黏土层、砂卵石层、岩层典型地层的物理力学参数和桩孔大小模拟出孔底范围岩土体合理的塑性区边界,分析得出合理的冲锤质量及喇叭头外径;为配置合理的中空冲击钻头提供依据。     

墩柱结构波浪冲击压力分布特征及应力谱分析

波浪的低频往复冲击作用加速了墩柱结构物浪溅区涂层的剥蚀,使其暴露于强腐蚀性的海洋环境中,进而导致结构物腐蚀破坏和提前失效,而波浪冲击力是造成涂层力学剥蚀的主要因素之一。该文基于有限差分求解,应用FLOW-3D建立波浪水槽三维数值模型,通过分析近岸墩柱结构物表面波浪冲击力分布特征和冲击过程的历时曲线,探讨不同波浪要素下波浪冲击力的变化规律,并建立了最大点压力处的波浪冲击力应力谱。结果表明:同一水平面,结构水平方向不同位置处(θ=0°、45°、90°、135°、180°)的点压力大小顺序为:P_θ=0°P_θ=45°P_θ=180°P_θ=135°P_θ=90°;在竖直方向上,静水面处的点压力最大,各高程的点压力值呈现与静水面距离的增加而线性减小的规律。从波浪冲击力应力谱中可以看出:在其他条件相同情况下,应力谱不受水深和周期的影响,但变化周期与波浪周期相同,而波高对应力谱的影响较大,呈正线性关系。     

水下自激脉冲射流喷嘴的吸气性能试验研究

运用自行研制的试验装置对水下不同结构参数的自激吸气脉冲射流喷嘴的吸气性能进行试验,研究了喷嘴的上下喷嘴直径、腔径和腔长等不同的组合配比对喷嘴吸气量的影响,以及喷嘴吸气量对喷嘴冲击性能的影响。结果表明:喷嘴吸气是提高水下自激脉冲射流冲击性能的有效途径,喷嘴的相对冲击力随着喷嘴吸气量的增加而提高;在较优的喷嘴结构参数配比范围内,喷嘴的吸气比率最大;最佳吸气比率的喷嘴面积比、相对腔长和相对腔径配比范围分别为3.5~4.0、8~9、11~12.5。     

水工建筑混凝土结构设计与施工质量监理控制探析

在水利工程设计中,水工建筑多采用混凝土结构。水工混凝土结构超过最大承载力将发生变形,导致裂缝。由于水工混凝土结构自身特点,选用不同材料对水工混凝土结构的质量将产生不同影响。因此,有必要加强对水工混凝土结构与材料的设计与研究,从施工监理角度和质量控制上提出合理的改进对策和建议。     

新型微弯过宽槽钢筋及其性能研究

水工大体积混凝土结构施工中常设宽缝以缓解温度应力,宽缝中常有钢筋通过,若不截断过宽槽钢筋,钢筋内将产生较大应力;若截断过宽槽钢筋,施工非常困难。针对上述难点,提出了新型的微弯过宽槽钢筋,并设计了4种不同尺寸和具体形状。通过数值分析和试验研究,得到了微弯钢筋的受力与变形关系。考虑温度和徐变作用,按施工过程对某上闸首结构进行了施工仿真分析,研究微弯过缝钢筋施工期的应力状态,并和直过缝钢筋进行了对比。对配置有微弯钢筋和直钢筋的轴拉构件进行对比分析,研究微弯钢筋对正常使用阶段混凝土最大裂缝宽度的影响。在以上工作的基础上,以施工期钢筋应力和正常使用阶段混凝土最大裂缝宽度为依据,建议了合适的新型过宽槽钢筋形状与尺寸。     

碾压混凝土坝设计概论(下)

碾压混凝土的配合比,既要满足要求的强度与和易性,又要尽可能控制发热量.上述要求受骨料、水泥.粉煤灰等材料的影响很大.仅靠确定其最佳配合比的要求是不够的,必须根据积累的经验,通过材料试验、室内试验和现场试验决定.(一)碾压混凝土的材料1、粗骨料由于碾压混凝土为贫配比、超硬炼的混凝土,为了保证混凝土质量,对粗骨料有一个允许的、最大用量和最大尺寸限制,以避免混凝土在运输、卸料摊铺中产生分离;同时粗骨料的形状对材料分离影响很敏感.扁平的碎石不仅空隙多,而且在碾压过程中形