山区沿河公路路基在泥石流作用下破坏机制与防护技术研究

摘要

泥石流是产生于山地沟谷中或坡地上的饱含大量泥沙和巨砾的固液两相流体，具有爆发突然，历时短暂，来势凶猛，破坏力大等特点，是现阶段最活跃的地质灾害类型之一。山区公路多沿河傍山布线，当遭遇泥石流来袭时，公路路基失稳现象时常发生。针对沿河公路路基失稳破坏，造成严重的断道阻车，使人员的人身安全受到威胁和导致巨大的经济损失这一情况，采取理论研究方法对泥石流成因条件，启动类型，冲击磨蚀机理进行了系统研究，并对泥石流的防治结构进行研究，得到了以下结论：
　　 1.丰富的物源，足够的水源，陡峻的地形是泥石流形成的三个因素，缺一不可。山区多山，且风化严重，从而堆积有大量松散土石；公路沿线沿河流选线，在夏季降雨丰富，为泥石流的产生提供了水源；山区多沟，泥石流体易沿沟而下，势能转化为动能，为泥石流提供巨大的冲击力提供动力。
　　 2.提出了三种泥石流启动类型：①降雨冲击启动型②强度衰减启动型③冲刷切割启动型。并且分别给出了三种启动类型的相关计算公式，提出了实际降雨的冲击性能比与临界性能比关系，稳定性指标大小，实际下切量与临界深度关系，为泥石流体是否启动提供判别准则。
　　 3.从泥石流对山区沿河公路的冲击，磨蚀两个方面对公路路基的破坏进行研究。从泥石流两相流方面进行研究，推导出泥石流两相流冲击力计算公式和冲击时间计算方法。发现弯道横比降，弯道环流，冲刷深度三个因素是弯道处公路路基破坏的河流侵蚀原因；泥石流固相石块的切割作用与液相浆体磨蚀掏刷作用是泥石流侵蚀公路路基的两大因素：也是泥石流作用下山区沿河公路路基损毁的主要原因。
　　 4.通过对天山公路K630沟谷泥石流进行冲击力模型实验，对泥石流冲击力随粒径的增大以及固相比增大，流速减小而冲击力会随之增大的变化规律给定假设并得到了验证；运用有限元软件ADINA对路基冲击磨蚀，路基破坏过程进行数值模拟，阐明山区沿河公路路基破坏机理。
　　 5.利用废旧轮胎充当拦挡坝消能材料。废旧轮胎具有环保，造价低廉，消能效果好等优点，能大程度的减少泥石流冲击力对泥石流坝体的破坏，使泥石流拦挡坝得到防护，减少维修的时间和维修费用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景、目的及意义

1.2国内外研究现状及评述

1.2.1国内研究现状

1.2.2国外研究现状

1.2.3国内、外研究成果的不足之处

1.3本文研究的思路、内容及技术路线

1.3.1研究思路及内容

1.3.2技术路线

第二章山区沿河公路沟谷泥石流形成环境及形成机理

2.1泥石流分布特征及公路泥石流分类

2.1.1泥石流空间分布特点

2.1.2泥石流时间分布特点

2.1.3公路泥石流的分类

2.2山区公路沟谷泥石流的形成发育机理

2.2.1沟谷泥石流物源物质吸水蠕变

2.2.2崩塌土体吸水蠕变

2.2.3沟谷型山区泥石流的启动类型

2.3本章小结

第三章沿河公路泥石流对山区公路破坏机理研究

3.1泥石流对山区公路路基的冲击作用

3.1.1泥石流冲击脉冲形式

3.1.2泥石流冲击频谱

3.1.3泥石流两相冲击力及冲击时间计算方法

3.2山区沟谷泥石流冲击力试验分析

3.2.1实验装置

3.2.2实验物料

3.2.3泥石流流速与冲击力实验分析

3.3山区沿河公路路基磨蚀破坏机理

3.3.1河流弯道路基侵蚀机理

3.3.2泥石流对山区公路路基的磨蚀机理

3.4沿河路基土体强度变化分析

3.4.1路基两侧水位差引起渗流影响

3.4.2强降雨引起的路基渗流影响

3.4.3强度随时间变化规律

3.5泥石流路基耦合冲击磨蚀数值模拟分析

3.5.1流-固耦合路基冲击力数值模型的建立

3.5.2流-固耦合路基冲击力数值模拟过程分析

3.5.3流-固耦合路基冲击力数值模拟结果

3.5.4泥石流冲击路基破坏过程模拟

3.6本章小结

第四章山区公路泥石流拦挡技术研究

4.1山区公路泥石流坝体拦挡技术研究

4.1.1重力式拦挡坝结构

4.1.2格栅坝拦挡结构

4.2糙底群桩拦挡结构

4.2.1技术内涵

4.2.2糙底群桩设计原则

4.2.3糙底群桩的施工原则

4.3 SNS柔性防护系统

4.3.1泥石流柔性防护技术的原理和特点

4.3.2设计特点

4.3.3施工工艺

4.3.4工程实例

4.4新型拦挡结构-废旧轮胎梳齿坝

4.4.1废旧轮胎梳齿坝模型研究

4.4.2泥石流巨砾冲击力

4.4.3泥石流冲击坝体问题的三维数值模型

4.4.4泥石流冲击坝体问题的三维数值计算与分析

4.4.5悬臂式梳齿坝设计

4.4.6实例计算及配筋

4.5本章小结

第5章山区公路路基防护技术研究

5.1路基防护工程类型及适用条件

5.1.1路基防护工程类型

5.1.2路基防护工程适用条件

5.2加固工程的类型与功能

5.3山区公路路基防护结构研究

5.3.1路基防护结构

5.3.2挡土墙护岸结构

5.3.3柔性石笼护坡

5.4本章小结

第六章结论和建议

6.1 结论

6.2建议

致谢

参考文献

学位申请人在攻读学位期间科研及论著情况