崩塌体崩塌滑动以及对构筑物冲击作用,建筑结构论文

崩塌体崩塌滑动以及对构筑物冲击作用,建筑结构论文512地震后，我们国家西南地区爆发了大量灾祸，包括滑坡、崩塌、泥石流和山洪等，华而不实崩塌灾祸非常严重。其高速动力特性经常对沿程构筑物造成重大毁坏和人员伤亡。Cannon，Hungr［1，2］对山崩或者岩崩采用动力学模型，但大型滑坡的动力学模型的主要困难在于选择适宜的物理力学参数，怎样适应复杂的地形地貌条件。大型滑坡具有超强的动力特性，对沿程构筑物造成宏大的冲击毁坏。Chiou，Teufelsbaueretal［3-5］采用室内模型试验和离散元方式方法研究了雪崩与防护工程的动力互相作用。何思明等［6］研究了震波能量在危岩体中的输入和耗散机制。裴向军和黄润秋等［7］，运用非连续变形数值分析(DDA)方式方法，对危岩体在强震作用下的失稳形式、毁坏规模、运动轨迹及对桥墩冲击的动力响应进行模拟研究。冀巧心［8］介绍了柔性防护网在防治崩塌中的应用。本文以水槽试验为研究对象，以圆柱体为构筑物，运用DEM法进行数值分析崩塌体崩塌滑动以及对构筑物冲击作用，用来预测崩塌及防护。2建模及分析2．1问题描绘叙述彻底关大桥位于国道213线都(江堰)汶(川)公路K44+235处，地震时被崩塌滚石冲毁，后经重建，新的彻底关大桥于2018年5月12日建成。由于连日大雨，2018年7月25日凌晨4:40左右，岷江右岸山体高位(落差达500m)危岩发生大面积(崩塌体总方量超过10000m3)崩塌，导致桥墩再次被冲毁(如此图1所示)。2．2基本理论离散的颗粒的受力与运动遵循牛顿定律的基本原理，在外力的作用下，系统能够保持静态平衡，可以能产生毁坏，并发生颗粒流动。PFC程序进行颗粒流动模拟计算基于下面假设:1)所有颗粒体为刚体;2)颗粒之间的接触面积非常小;3)颗粒之间的接触采用弱接触分析方式方法进行描绘叙述，刚性颗粒允许在接触点发生重叠;4)颗粒间接触重叠的大小与接触力相关，由力位移关系控制，且所有的重叠尺寸相对于颗粒大小来讲很小;5)所有颗粒均为圆形。2．3DEM数值建模如此图2所示，实际斜坡用一个水槽进行模拟，颗粒体沿水槽下滑，并与水槽底部的圆柱形桩发生碰撞，最终堆积在水槽底部的水平部分。斜坡坡角为，颗粒体在坡面上的高度为H，颗粒体体积V0。坡前的圆柱体用来模拟桥墩，圆柱体距坡脚S。长度为S的存储区用来减缓颗粒体的运动。由于三维颗粒体的运动，所以考虑了碎屑流到达最后平衡形状前的水平分散。初始颗粒体体积V0=33．75m3，斜面角度=45。水槽底前的圆柱高3m，直径0．5m～0．6m。颗粒体大约由2263个颗粒组成，半径r=0．1m～0．125m，颗粒半径大小呈高斯随机分布，颗粒密度s=26．5kN/m3。采用PFC程序进行边坡模拟时，需要输入颗粒的微观特性参数，包括颗粒体的法向刚度、切向刚度，颗粒之间接触的接触面强度参数等，见表1。3计算结果分析如今对崩塌体的摩擦系数及圆柱体的不同直径和位置对崩塌体的堆积和碰撞力的影响进行分析。图2是水槽模拟图，颗粒内摩擦角32，s=2m，圆柱直径d=0．5m，底板未打开。图3a)是底板打开，颗粒体在自重作用下，沿水槽滑道下滑，运行10万步图，能够看到，只要很少颗粒流到滑道下面停在圆柱前。图3b)显示计算100万步时颗粒的运动情况，能够看出更多颗粒散落在圆柱前，部分颗粒越过圆柱到圆柱后面，形状更接近半圆。图3c)是计算300万步时的侧面和俯视图，颗粒堆积区形状呈半圆形，由于圆柱的影响，半圆前方有缺口，讲明了圆柱对颗粒堆积形状的影响。图3b)～图3d)分别是100万步，300万步，528万步的侧面和俯视图，堆积体形状半圆，半径分别是4．56，5．75，5．95。能够看到堆积半径和堆积面积随着时间的增长而增长，前期，堆积半径和堆积面积增长迅速，但是增长速度很快开场放缓，最后到达稳定。图4为颗粒摩擦角为32，34，38时，堆积面积随时间(计算步数)的演化图，能够看出摩擦角越小，堆积面积和体积到达稳定时间越短。颗粒堆积经过大致分3个阶段，第一阶段面积和体积堆积速度慢，斜率平缓;第二阶段堆积速度加快，斜率陡升;第三阶段堆积速度变缓。3．1摩擦角对碰撞力的影响图5显示不同摩擦角时，颗粒体对圆柱碰撞作用力的经过，华而不实，s=2m，圆柱直径为0．5m，摩擦角分别是32，34，38。能够看出碰撞力呈动态变化，先增长到最大，在总的趋势上逐步减小到一个稳定的静态力。摩擦角越小，到达稳定静态力时间越短。图5显示碰撞力随着摩擦角增长总体碰撞力增长。摩擦角小的时候，颗粒比拟散的碰撞圆柱随着颗粒间摩擦力增长，颗粒聚集构成比拟大的团块碰撞圆柱，冲击力也相应增大。3．2圆柱位置对碰撞力的影响图6显示最大碰撞力与圆柱距离的大小的关系，最大碰撞力随圆柱距离的增大而减小，摩擦力越小，到达最大碰撞力时间越短。到达最大力后逐步减小最后趋于静态力，到达平衡。3．3圆柱直径对碰撞力的影响图7显示最大碰撞力与圆柱直径的大小的关系，最大碰撞力随圆柱直径的增大而增大，并且呈非线性的关系。最大碰撞力随着直径增大迅速增大，表示清楚随着直径增大，接触面积二次方增大，所以是非线性的。4结束语离散元能够模拟颗粒物质的流动面积，和颗粒与构造物之间的互相作用计算分析，能够得出如下结论:1)堆积区面积和体积呈半圆扇形扩展，开场堆积面积和堆积体积快速增长，之后缓慢到达稳定状态;2)颗粒内摩擦角对堆积面积具有显着的影响，摩擦角越小，堆积面积到达稳定时间越短。堆积经过大致分三个阶段，第一阶段面积和体积堆积速度慢，斜率平缓;第二阶段堆积速度加快，斜率陡升，第三阶段堆积速度变缓;3)碰撞力是动态力，先增长到最大，再减小到一个稳定的静态力。摩擦角越小，到达稳定静态力时间越短，碰撞力随着摩擦角增长总体碰撞力增长。最大碰撞力随圆柱距离的增大而减小，摩擦力越小，到达最大碰撞力时间越短。到达最大力后最后趋于静态力，到达平衡。碰撞力随着直径增大迅速增大。以下为参考文献:［1］Cannon，S．H．Anapproachfordetermining