论文部分内容阅读
泥石流作为典型的地质灾害,其危害巨大,对泥石流区域人民的生命财产及生态环境造成巨大威胁,对建筑物具有极强的破坏力,严重制约当地经济发展。随着全球气候变暖,极端天气导致强降雨的频繁出现,再加上重大工程开工建设等人类活动的影响,滑坡、泥石流等突发性地质灾害日益频繁,呈现出频发性、广泛性、破坏性的空前态势,并在不断地刷新历史纪录。拦挡坝是泥石流治理中一种重要的防治结构,其具有安全、可靠、造价低廉的优点。随着当前泥石流自然灾害的日益加剧,以前单一低效的防治结构已不足以应付大型泥石流的危害。对于拦挡结构的选择,更应注意可靠性、高效性、经济性、可行性、施工方便等因素。本课题针对当前泥石流拦挡结构的诸多缺点,提出了一种新型的拦挡结构——楔挡分流结构,通过工程数值模拟软件ANSYS Workbench对设计的新型楔挡分流结构在泥石流冲击作用下的动力响应进行了数值模拟,主要内容如下:(1)论述了有关泥石流防治技术的认识与研究及目前流固耦合国内外研究现状;介绍了流固耦合的基本理论及泥石流与结构流固耦合求解方法。(2)结合实地调研,设计出新型拦挡结构体系——楔挡分流结构。研究解决具体设计问题,如尺寸、材料、细部构造,泥石流冲击力的计算方法等;运用工程数值模拟软件ANSYS Workbench对设计的新型楔挡分流结构在泥石流冲击作用下的动力响应进行数值模拟,并在流体分析软件CFX中对黏性泥石流流场进行了模拟,得到泥石流速度场及压力场的大小及分布;通过耦合面荷载的传递,把泥石流域的压力场作为荷载作用于结构域上,最终得到结构的位移与应力。(3)改变结构参数,做几组不同结构进行对比研究,以比较出各类结构的优缺点和应用面,突出新型拦挡结构体系的优越性。通过对比分析不同楔挡角度的新型楔挡分流结构,得到一些有益的结论。研究表明:楔挡分流结构的楔挡角度越大,结构所受应力就越大,容易破坏。综合流速和角度的关系,得到60°的楔挡分流结构综合拦挡分流效果最佳。(4)提出新型楔挡分流结构与交错槽结合的新型结构体系,并对该新型体系进行研究初探;通过对其流固耦合动力性能研究表明该体制值得尝试,为今后的泥石流拦挡工程的实际提供了参考。