崩塌體崩塌滑動(dòng)以及對(duì)構(gòu)筑物沖擊作用,建筑結(jié)構(gòu)論文

崩塌體崩塌滑動(dòng)以及對(duì)構(gòu)筑物沖擊作用,建筑結(jié)構(gòu)論文512地震后，我們國(guó)家西南地區(qū)爆發(fā)了大量災(zāi)禍，包括滑坡、崩塌、泥石流和山洪等，華而不實(shí)崩塌災(zāi)禍非常嚴(yán)重。其高速動(dòng)力特性經(jīng)常對(duì)沿程構(gòu)筑物造成重大毀壞和人員傷亡。Cannon，Hungr［1，2］對(duì)山崩或者巖崩采用動(dòng)力學(xué)模型，但大型滑坡的動(dòng)力學(xué)模型的主要困難在于選擇適宜的物理力學(xué)參數(shù)，怎樣適應(yīng)復(fù)雜的地形地貌條件。大型滑坡具有超強(qiáng)的動(dòng)力特性，對(duì)沿程構(gòu)筑物造成宏大的沖擊毀壞。Chiou，Teufelsbaueretal［3-5］采用室內(nèi)模型試驗(yàn)和離散元方式方法研究了雪崩與防護(hù)工程的動(dòng)力互相作用。何思明等［6］研究了震波能量在危巖體中的輸入和耗散機(jī)制。裴向軍和黃潤(rùn)秋等［7］，運(yùn)用非連續(xù)變形數(shù)值分析(DDA)方式方法，對(duì)危巖體在強(qiáng)震作用下的失穩(wěn)形式、毀壞規(guī)模、運(yùn)動(dòng)軌跡及對(duì)橋墩沖擊的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行模擬研究。冀巧心［8］介紹了柔性防護(hù)網(wǎng)在防治崩塌中的應(yīng)用。本文以水槽試驗(yàn)為研究對(duì)象，以圓柱體為構(gòu)筑物，運(yùn)用DEM法進(jìn)行數(shù)值分析崩塌體崩塌滑動(dòng)以及對(duì)構(gòu)筑物沖擊作用，用來(lái)預(yù)測(cè)崩塌及防護(hù)。2建模及分析2．1問(wèn)題描繪敘述徹底關(guān)大橋位于國(guó)道213線都(江堰)汶(川)公路K44+235處，地震時(shí)被崩塌滾石沖毀，后經(jīng)重建，新的徹底關(guān)大橋于2018年5月12日建成。由于連日大雨，2018年7月25日凌晨4:40左右，岷江右岸山體高位(落差達(dá)500m)危巖發(fā)生大面積(崩塌體總方量超過(guò)10000m3)崩塌，導(dǎo)致橋墩再次被沖毀(如此圖1所示)。2．2基本理論離散的顆粒的受力與運(yùn)動(dòng)遵循牛頓定律的基本原理，在外力的作用下，系統(tǒng)能夠保持靜態(tài)平衡，可以能產(chǎn)生毀壞，并發(fā)生顆粒流動(dòng)。PFC程序進(jìn)行顆粒流動(dòng)模擬計(jì)算基于下面假設(shè):1)所有顆粒體為剛體;2)顆粒之間的接觸面積非常小;3)顆粒之間的接觸采用弱接觸分析方式方法進(jìn)行描繪敘述，剛性顆粒允許在接觸點(diǎn)發(fā)生重疊;4)顆粒間接觸重疊的大小與接觸力相關(guān)，由力位移關(guān)系控制，且所有的重疊尺寸相對(duì)于顆粒大小來(lái)講很小;5)所有顆粒均為圓形。2．3DEM數(shù)值建模如此圖2所示，實(shí)際斜坡用一個(gè)水槽進(jìn)行模擬，顆粒體沿水槽下滑，并與水槽底部的圓柱形樁發(fā)生碰撞，最終堆積在水槽底部的水平部分。斜坡坡角為，顆粒體在坡面上的高度為H，顆粒體體積V0。坡前的圓柱體用來(lái)模擬橋墩，圓柱體距坡腳S。長(zhǎng)度為S的存儲(chǔ)區(qū)用來(lái)減緩顆粒體的運(yùn)動(dòng)。由于三維顆粒體的運(yùn)動(dòng)，所以考慮了碎屑流到達(dá)最后平衡形狀前的水平分散。初始顆粒體體積V0=33．75m3，斜面角度=45。水槽底前的圓柱高3m，直徑0．5m～0．6m。顆粒體大約由2263個(gè)顆粒組成，半徑r=0．1m～0．125m，顆粒半徑大小呈高斯隨機(jī)分布，顆粒密度s=26．5kN/m3。采用PFC程序進(jìn)行邊坡模擬時(shí)，需要輸入顆粒的微觀特性參數(shù)，包括顆粒體的法向剛度、切向剛度，顆粒之間接觸的接觸面強(qiáng)度參數(shù)等，見(jiàn)表1。3計(jì)算結(jié)果分析如今對(duì)崩塌體的摩擦系數(shù)及圓柱體的不同直徑和位置對(duì)崩塌體的堆積和碰撞力的影響進(jìn)行分析。圖2是水槽模擬圖，顆粒內(nèi)摩擦角32，s=2m，圓柱直徑d=0．5m，底板未打開。圖3a)是底板打開，顆粒體在自重作用下，沿水槽滑道下滑，運(yùn)行10萬(wàn)步圖，能夠看到，只要很少顆粒流到滑道下面停在圓柱前。圖3b)顯示計(jì)算100萬(wàn)步時(shí)顆粒的運(yùn)動(dòng)情況，能夠看出更多顆粒散落在圓柱前，部分顆粒越過(guò)圓柱到圓柱后面，形狀更接近半圓。圖3c)是計(jì)算300萬(wàn)步時(shí)的側(cè)面和俯視圖，顆粒堆積區(qū)形狀呈半圓形，由于圓柱的影響，半圓前方有缺口，講明了圓柱對(duì)顆粒堆積形狀的影響。圖3b)～圖3d)分別是100萬(wàn)步，300萬(wàn)步，528萬(wàn)步的側(cè)面和俯視圖，堆積體形狀半圓，半徑分別是4．56，5．75，5．95。能夠看到堆積半徑和堆積面積隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，前期，堆積半徑和堆積面積增長(zhǎng)迅速，但是增長(zhǎng)速度很快開場(chǎng)放緩，最后到達(dá)穩(wěn)定。圖4為顆粒摩擦角為32，34，38時(shí)，堆積面積隨時(shí)間(計(jì)算步數(shù))的演化圖，能夠看出摩擦角越小，堆積面積和體積到達(dá)穩(wěn)定時(shí)間越短。顆粒堆積經(jīng)過(guò)大致分3個(gè)階段，第一階段面積和體積堆積速度慢，斜率平緩;第二階段堆積速度加快，斜率陡升;第三階段堆積速度變緩。3．1摩擦角對(duì)碰撞力的影響圖5顯示不同摩擦角時(shí)，顆粒體對(duì)圓柱碰撞作用力的經(jīng)過(guò)，華而不實(shí)，s=2m，圓柱直徑為0．5m，摩擦角分別是32，34，38。能夠看出碰撞力呈動(dòng)態(tài)變化，先增長(zhǎng)到最大，在總的趨勢(shì)上逐步減小到一個(gè)穩(wěn)定的靜態(tài)力。摩擦角越小，到達(dá)穩(wěn)定靜態(tài)力時(shí)間越短。圖5顯示碰撞力隨著摩擦角增長(zhǎng)總體碰撞力增長(zhǎng)。摩擦角小的時(shí)候，顆粒比擬散的碰撞圓柱隨著顆粒間摩擦力增長(zhǎng)，顆粒聚集構(gòu)成比擬大的團(tuán)塊碰撞圓柱，沖擊力也相應(yīng)增大。3．2圓柱位置對(duì)碰撞力的影響圖6顯示最大碰撞力與圓柱距離的大小的關(guān)系，最大碰撞力隨圓柱距離的增大而減小，摩擦力越小，到達(dá)最大碰撞力時(shí)間越短。到達(dá)最大力后逐步減小最后趨于靜態(tài)力，到達(dá)平衡。3．3圓柱直徑對(duì)碰撞力的影響圖7顯示最大碰撞力與圓柱直徑的大小的關(guān)系，最大碰撞力隨圓柱直徑的增大而增大，并且呈非線性的關(guān)系。最大碰撞力隨著直徑增大迅速增大，表示清楚隨著直徑增大，接觸面積二次方增大，所以是非線性的。4結(jié)束語(yǔ)離散元能夠模擬顆粒物質(zhì)的流動(dòng)面積，和顆粒與構(gòu)造物之間的互相作用計(jì)算分析，能夠得出如下結(jié)論:1)堆積區(qū)面積和體積呈半圓扇形擴(kuò)展，開場(chǎng)堆積面積和堆積體積快速增長(zhǎng)，之后緩慢到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài);2)顆粒內(nèi)摩擦角對(duì)堆積面積具有顯著的影響，摩擦角越小，堆積面積到達(dá)穩(wěn)定時(shí)間越短。堆積經(jīng)過(guò)大致分三個(gè)階段，第一階段面積和體積堆積速度慢，斜率平緩;第二階段堆積速度加快，斜率陡升，第三階段堆積速度變緩;3)碰撞力是動(dòng)態(tài)力，先增長(zhǎng)到最大，再減小到一個(gè)穩(wěn)定的靜態(tài)力。摩擦角越小，到達(dá)穩(wěn)定靜態(tài)力時(shí)間越短，碰撞力隨著摩擦角增長(zhǎng)總體碰撞力增長(zhǎng)。最大碰撞力隨圓柱距離的增大而減小，摩擦力越小，到達(dá)最大碰撞力時(shí)間越短。到達(dá)最大力后最后趨于靜態(tài)力，到達(dá)平衡。碰撞力隨著直徑增大迅速增大。以下為參考文獻(xiàn):［1］Cannon，S．H．Anapproachfordetermining