成都山地所研究生来站开展泥石流冲击桥墩模型实验

   我国高山峡谷区地质构造复杂,地形起伏大,活动断裂发育,降水集中,是泥石流、滑坡和崩塌等自然灾害的高发区。为了消除山区的地形高差,公路、铁路采用桥梁和隧道的占比普遍超过80%。一旦泥石流对桥梁设施造成破坏,将导致交通的长期中断,带来较高的人员风险和巨大的经济损失。例如202483日,四川甘孜州康定市姑咱镇发生特大山洪泥石流,最大流速超过8m/s,夹带直径达6m的巨石,强烈的冲击力导致雅康高速公路康定至泸定段的日地1号隧道至2号隧道隧间桥坍塌,造成4辆车共11人坠入桥下,其中3人遇难,7人失联,仅1人被救出。

在国家重点研发计划课题(2023YFC3008303)的支持下,2024723日至85日,成都山地所硕士研究所潘梦宇来站开展小尺度泥石流冲击桥墩实验。实验水槽坡度、泥石流方量、颗粒级配为固定参数,采用圆柱桥墩模型,开展不同密度的泥石流冲击桥墩实验。为研究大块石对桥墩的撞击作用,在水槽中间放入小钢球,以模拟石块的撞击。在桥墩迎流面安装压力传感器,以获取沿墩高方向的冲击压力;在桥墩墩顶安装位移传感器,以获取泥石流和大块石共同撞击下桥墩墩顶位移时程变化。最终,建立相同工况下的数值模型,以验证数值模拟的准确性。

实验表明,泥石流冲击桥墩时,压强在桥墩底部达到最大,并随着高度的增加逐渐减小。相比泥石流直接冲击,由涌高产生的冲击力更小。与泥石流的冲击相比,大石块的瞬时撞击引起的墩顶位移更加显著。室内实验与数值模拟的冲击压强时程显示,两者的波形较为一致,冲击压强峰值的最大误差为23.7%,这表明采用有限体积法模拟泥石流冲击过程具有一定的可靠性。


实验水槽


泥石流冲击桥墩




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