泥石流柔性防护系统耦合作用数值模拟

摘要

柔性防护系统近年来被广泛应用于交通沿线地质灾害的防治，但目前的相关研究主要集中在落石冲击作用下的力学响应，而遭受泥石流冲击作用的相关研究较少。泥石流与柔性防护系统的相互作用包括泥石流运动和柔性防护系统冲击大变形两个复杂的力学过程，目前尚无有效的耦合计算方法。为此，基于LS-DYNA程序，采用ALE方法，利用Drucker-Prager模型模拟泥石流的运动，并通过流固耦合算法，建立了考虑泥石流与柔性防护系统相互作用耦合计算方法。通过与既有野外足尺试验数据对比，包括泥石流流经沟槽不同位置时的速度、流深以及柔性防护系统钢丝绳内力、变形，验证了耦合计算方法的有效性。在此基础上，进一步研究了泥石流冲击作用下，冲击能量的平衡转换关系，结果表明：柔性防护系统消耗的能量占泥石流冲击总动能的比例不到25%，将近60%冲击能量转换为泥石流内能，这进一步说明了采用耦合方法进行泥石流柔性防护系统分析与设计的必要性。