泥石流冲击桥墩绕流过程模拟与试验分析

泥石流与桥墩动力相互作用包括泥石流对桥墩的冲击淤埋作用及桥墩对泥石流运动过程的反向影响,其中涉及复杂的流固耦合,是学术界关注的热点问题。为研究泥石流绕流桥墩过程,在纳维斯托克斯方程的基础上结合深度平均理论,考虑泥石流固液两相的特点,构建了泥石流-桥墩流固耦合物理模型,并基于有限体积法建立时间和空间尺度上具有2阶精度的高效数值算法,实现了泥石流绕桥墩运动全程模拟,与室内试验成果进行了对比验证。结果表明:不同粘度的泥石流冲击桥墩绕流过程有显著不同,相同初始条件下粘性泥石流堆积厚度较大,运动速度较小,堆积范围较小;反之,稀性泥石流堆积厚度较小,运动速度较大,堆积范围也较大。数值模拟结果与室内模型试验非常接近,验证了物理模型的适用性。     

高烈度区大跨刚构-连续梁桥地震响应分析

为研究大跨刚构-连续梁桥在高烈度地区的地震响应,选取羊记沟左线大桥为工程背景,利用Midas软件建立多个有限元模型,考虑纵、横桥向的水平地震波输入,比较反应谱与时程分析结果,获得结构动力响应特点,为大跨刚构-连续梁桥的抗震设计提供参考依据。结果表明:刚构-连续体系仅单墩刚构时不宜采用反应谱分析,高烈度地区桥梁进行地震响应时程分析时,选用与场地适应的地震波的同时,应考虑采用本地地震参数转化人工波作为地震激励源。桥墩不等高时,可通过改变墩截面形状及其与主梁连接方式调节内力分布,避免矮墩刚度大导致的内力集中。     

基于光滑粒子流体动力学方法的泥石流冲击桥墩试验模拟EI北大核心CSCD

采用Bingham流体模型描述泥石流的动力学行为,将桥墩视为地形条件,在光滑粒子流体动力学(smoothparticle hydromechanics,简称SPH)方法的框架上引入边界斥力改进边界条件,构建了泥石流冲击桥墩的三维数值计算模型。基于水槽试验对不同黏性的泥石流冲击桥墩的堆积过程及冲击力时程曲线特性进行了分析,根据水槽试验建立物理模型,实现了不同流变参数和重度的泥石流冲击桥墩的三维动力演化过程模拟,并对不同流变参数的泥石流堆积过程及冲击力时程曲线模拟结果进行了分析。从流体力学的角度对模拟结果进行分析,指出忽略湍流形成的能量耗散是导致稀性泥石流运动过程模拟与试验结果差异的主要原因,并讨论了不同黏性条件下泥石流冲击桥墩的防护措施。研究成果为泥石流冲击桥墩三维数值计算模型的进一步优化提供了理论支撑。     

泥石流冲击桥墩动力相互作用物理模型试验

在我国西部山区地震、地质活跃带,泥石流灾害对位于泥石流沟道、沟口等位置处的桥墩构成重大威胁。如何量化描述泥石流冲击桥墩的动力过程,是泥石流减灾领域拟要解决的一个重要科学问题。以泥石流灾害威胁成兰铁路沿线桥墩的工程背景为基础,依托大型泥石流模拟系统,进行多组室内大比例泥石流冲击桥墩物理模型试验。研究泥石流流速、流深以及流体特征参数与泥石流冲击压力的相关性。试验结果表明:冲击过程主要受到弗汝德数Fr和雷诺数Re两个无量纲数控制,稀性泥石流冲击压力主要控制参数为Fr,而对于黏性泥石流则同时有Fr和Re的影响;不论是对于峰值冲击力还是冲击功率谱,不同类型泥石流差别显著;在相同重度等条件下,稀性泥石流具有更大的冲击能量;此外,各种类型泥石流通过临界Fr线得到了本质上的区分。研究成果将为桥墩抗泥石流冲击结构设计提供技术支持及科学依据。