拦挡桩群对滑坡碎屑流挡流效果的离散元模拟

摘要

碎屑流灾害在西南山区较普遍,且碎屑流级配变化较大,对范围内的建筑构筑物和人民生命财产安全造成不容忽视的恶劣影响。其工程防治措施是近年来的研究热点问题,而采用桩群进行拦挡的形式更是新颖,因而弄清碎屑流颗粒级配对拦挡桩群的冲击响应特征将为其治理工程结构优化与防护提供参考。基于此,采用离散元软件Discrete Element Method(DEM)定量分析碎屑流颗粒级配、桩群拦挡距离双因子对碎屑流冲击桩群过程中的速度、堆积范围和轮廓形状、堆积区域质量分布及桩群所受冲击力的影响,进一步探究不同拦挡距离下桩群的挡流效果和冲击效应特征,并从能量角度阐述其冲击响应特征机理。模拟结果表明:1)碎屑流达到其平均速度峰值的时间与小粒径颗粒含量成反比;且冲击过程中出现明显的颗粒反序现象。2)碎屑流平均速度峰值、静止堆积体质量极值分布区域与坡脚的距离同大粒径颗粒含量成正比;碎屑流在堆积区域堆积面积与拦挡距离成正比,在滑槽中堆积面积与大粒径颗粒含量成反比。3)大粒径颗粒"跳动"现象明显且对桩群的瞬时冲击作用显著,因此针对大粒径颗粒含量较大的级配体建议采用适当增大拦挡距离的方式进行拦挡。4)桩群的拦挡效应是导致碎屑流动能变化的主要原因,而碎屑流颗粒之间的摩擦、碰撞是碎屑流最终静止堆积的重要影响因素。