山区沿河公路路基洪水毁损过程及机理研究

洪水毁损路基是汛期山区沿河公路的常见病害形式,是河流洪水与公路结构之间相互作用、耦合对抗的表象.以大量山区沿河公路路基洪水毁损的实例为基础,根据山区沿河公路路基洪水毁损的宏观表象,将山区沿河公路路基洪水毁损的过程概化为三个阶段,即洪水对路基的劣化、弱化阶段;路基变形、下沉、潜在破坏面形成阶段;路基毁损破坏阶段.论述了山区沿河公路路基洪水毁损每个阶段的物理特征,指出了各阶段力学分析可采用的基础力学原理.从流固耦合动力学的角度,论述了山区沿河公路路基洪水毁损的机理,认为山区沿河公路路基洪水毁损属于一种被动洪水毁损过程,山区沿河公路路基抗冲蚀能力是该过程的关键控制因素.     

关于泥石流路基的破坏机理及支挡结构研究

为研究泥石流路基的破坏机理和支档结构,运用泥石流路基流固耦合原理、泥石流发生机理和物理力学特性的相关理论知识,结合有限元软件ADINA,建立对应的泥石流体k-ε紊流模型,进行二维数值的仿真模拟,以此来分析路基-拦挡结构在泥石流冲击作用下的力学特性,同时对路基-拦挡结构的主体材料进行优化研究。研究结果表明:在路基受到泥石流冲击的过程中,泥石流速度从零开始,不断变大,路基应力和泥石流冲击呈现出明显的正相关关系。泥石流和路基边坡刚接触时,泥石流的运动状态发生了剧烈变化。随着流速不断增大,泥石流的冲击作用越来越强烈,此时,路基的应力变化也随泥石流的冲击而不断变大,整个流固耦合面都受到了泥石流的冲击作用。倾角从0°增加到15°的过程中,支挡结构的最大应力随倾角的增大而快速变小。当倾角大于15°时,支挡结构的最大应力开始处于稳定状态。路基的最大应力随着倾角的增大,先慢慢变小,最后趋于稳定。废弃轮胎缓冲层对路基-支挡结构能起到明显的缓冲效能的保护效果。基于保护效果和经济性等因素,建议废弃轮胎缓冲层的厚度为1 m。     

泥石流两相冲击力及冲击时间计算方法

将泥石流体概化为两相流体,即具有相同粒径的固相颗粒和具有相同力学性质的液相浆体。基于泥石流体为沿流动方向的一维流假定,通过计算固、液分相流速和分相运动加速度,运用牛顿第二定律建立了液相浆体和固相颗粒的冲击力计算式,并据此构建了计算泥石流两相冲击力的综合表示式;运用泥石流在防治结构表面产生的冲击坑或在泥石流沟岸产生的冲蚀槽等冲击形迹,建立了泥石流冲击时间计算方法。通过工程实例分析显示,计算结果与实测结果吻合较好,相对误差在3%以内,满足实际工程要求。     

天山公路泥石流路段路基耦合数值仿真分析

结合泥石流对公路路基的冲蚀、受力以及泥石流体本身的运动特性．建立了天山公路泥石流路段路基耦合数学方程、物理模型。通过数值仿真软件对其进行耦合数值分析．发现泥石流路基易损部位与实际情况相符,同时解释了泥石流路段路基产生破坏的早期成因,为泥石流病害的治理提供了指导思路。     

公路特大型泥石流灾害控制技术研究

公路特大型泥石流是国内外迄今尚未解决的主要公路病害，具有大冲大淤、冲击路径变化不确定以及毁损作用极其强烈的特性，是公路泥石流研究及防治的核心。本文基于两相流理论建立了泥石流冲击力计算公式；遵循特大型泥石流发育特点及公路泥石流防治特殊要求建构了泥石流综合治理模式，并开发了速流结构、底埋隧道、翼型墩汇流技术及糙桩技术，并对相关的核心技术进行了深入分析。研究成果对于彻底解决公路特大型泥石流病害奠定了重要的技术基础。     

灌砂法检测路基压实度的影响因素

针对灌砂法检测路基压实度时未按规范要求操作而产生误差甚至错误的现象，从压实度定义出发，分析了室内试验击实标准、试样、仪具及材料和现场检测试坑的位置、试坑深度及形状、碎石、含水量测定以及量砂松方密度标定等对灌砂法检测路基压实度精度的影响。     

冲击压实技术在郑州西南绕城高速公路上的应用

主要阐述了冲击压实机在高速公路路基补强冲击碾压中的应用情况,对高速公路挖方路基和高填方路基进行冲击压实处理,并进行了大量的试验研究,通过冲击碾压补强处理,显著提高了路基的压实度、整体强度和承载力,加速了路基的下沉降,减少了路基的工后沉降,达到了预期的目的.     

公路泥石流水毁概化模式分析

作为一种典型的灾害地貌过程，泥石流是山区公路重要的水毁类型之一。本文基于对西部公路沿线发育的泥石流水毁的调研，将穿越泥石流沟的公路结构形式概化为涵洞、桥梁和过水路面。将泥石流水毁的宏观表象概化为桥台泥石流水毁、上部结构泥石流水毁、桥台基础掏蚀、泥石流淤埋桥涵、泥石流水毁路基等类型。并用新构造应力场的观点探讨了泥石流水毁发育的宏观规律，研究成果对深入研究及防治公路泥石流水毁奠定了坚实的基础。     

桥墩形式对泥石流浆体冲击效应的影响分析

泥石流冲毁桥墩对桥梁的危害巨大。借助数值模拟分析手段,研究不同截面形式的桥墩在泥石流冲击作用下的差异。综合分析泥石流流域、桥墩受到的冲击压强、冲击力以及拉应力,得到泥石流作用下最优桥墩选型。研究表明,不同截面的桥墩对泥石流浆体的分布影响较大,圆端形墩和尖端形墩的排导能力优于矩形墩;不同截面形状的桥墩受到的冲击力差异明显,矩形墩对泥石流的阻力普遍大于圆端形墩和尖端形墩。综合模拟结果分析,建议在泥石流易发区域架设桥梁时,应优先选择圆形或者圆端形墩。     

黏性泥石流附加荷载的物理模型试验研究

被黏性泥石流淤埋的公路桥梁结构存在严重安全隐患，易发生淤埋型渐进性破坏。配制容重为19.75 kN/m3±0.14 kN/m3、浆体粘度为1.31 Pa·s±0.03 Pa·s的黏性泥石流体，模拟被黏性泥石流体淤埋的桥梁结构模型，发现新拌黏性泥石流沉积物静置1~10天后表层失水形成硬壳，泥石流体内将产生显著的附加荷载，最大可达140 kPa。附加荷载是导致黏性泥石流淤埋结构物毁损的主要原因。     

山区第四系堆积物边坡工程地质分类及施工

依据工程建设对边坡变形、稳定的要求,结合中国目前公路工程地质勘查、路基设计和施工的实践经验,针对山区第四系松散堆积物与基岩构成的自然边坡,尝试建立一种简洁、清晰的工程地质分类,使施工建设者更容易理解和把握不同类型自然边坡的内在规律,避免设计缺陷和失误,防止人为灾害和工程隐患。     

泥石流沟岸冲蚀演绎及动力学研究

我国位于泥石流沟岸的公路里程累计800km左右。沟岸冲蚀是公路泥石流研究的主要方面之一,是泥石流冲蚀能、岸坡抗蚀能耦合作用的表像。应用地貌学方法将泥石流沟岸冲蚀演绎过程分为4个阶段,即冲蚀槽形成阶段、泥石流顶托底部拉裂阶段、自重顶部拉裂变形阶段和坍塌阶段．核心是悬岸的产生及失稳。大量调查发现,沟岸坍塌失稳均主要发生在泥石流暴发期间．其主要原因是泥石流对岸坡的冲蚀作用使得岸坡产生纵向振动,增加荷载效应。减小了悬岸岩土体的刚度。进而诱发了悬岸体的坍塌。运用动力学方法建立了悬臂体系的纵向振动位移方程。据此应用牛顿第二定律便可求解获得泥石流振动对岸坡破坏的诱发荷载,并对护岸结构关键技术进行了探讨。     

道路工程泥石流勘界的合理确定

现有的道路工程泥石流勘界范围的确定未能充分考虑道路沿线泥石流的活动范围与治理方式。为了减少道路工程泥石流勘界不清或不合理带来的问题,从道路工程防灾减灾的角度出发,结合道路沿线泥石流成灾特点,以及泥石流调查、泥石流活动范围预测与灾害评估、泥石流灾害防治管理等工作要求,提出了道路工程泥石流勘界方法和流程,并探讨了道路工程泥石流勘界红线的权属和划定问题,最终形成了道路工程泥石流勘界的合理确定方法。     

非饱和土路基降雨渗流分析

基于路基内部水运动原理,分析了降雨对路基的浸润作用,探讨了IEM和FDEM降雨模型雨水入渗路基机理,推导出降雨作用下雨水入渗路基深度公式;研究了降雨作用下非饱和土路基的饱和-非饱和流,基于一般渗流方程的基础上,初步推出了降雨作用下非饱和土路基的饱和-非饱和渗流公式。结果表明,降雨主要通过雨水对路面裂缝、路堑边坡渗流作用及毛细作用来浸润路基;路基渗流深度受降雨强度、降雨时间、土的吸水率等因素影响;最后,根据提出的公式进行数值模拟,模拟结果与试验对比吻合较好。     

风积沙的压实机理

为解决风积沙作为公路路基填料难以压实的问题，通过重型击实和振动压实对比试验及理论计算，分析了风积沙的压实机理。结果表明：风积沙无粘性是导致其压实曲线呈双峰值的原因，也是其颗粒在压实时有着特殊运动规律的原因。风积沙颗粒间能否重新排列及压实功是影响压实效果的主要因素，振动加速度对这两个因素均有较大影响。而重型击实只对压实功有影响，因此风积沙的压实应采用振动法。且风积沙振动干压实在工程上是可行的．     

江海直达船船首入水砰击研究

基于有限体积法的数值仿真方法对3种不同江海直达船船首的入水砰击问题进行了研究。建立包含气、水流场的三维有限元模型,研究了在自由液面的变化、空气层的作用下、不同垂向速度时3种船首入水砰击问题。结果表明,数值计算仿真的方法可以有效地模拟江海直达船船首入水过程中自由液面和空气层的变化情况。在此方法下,相同速度时西瓜首的砰击峰值优于其他船首形式。     

路基冲击压实效果分析

冲击压实的被冲压体响应是目前尚未解决的理论问题。基于应变能与冲击能分布密度相等的基本原理,假定:冲压n遍后的被冲压体为一维问题,冲压影响深度h0处应变为零,应变与弹性模量线性变化,建立了单次冲击能量、遍数等与土体压实度的关系,在施工参数与效果间建立了关联。结果表明,以相同的设备参数进行施工时,冲压影响深度随冲压遍数的增加而减小;前几遍冲压能影响较大深度,而后续冲击的影响逐步局限于上部土体。通过某砂性土工程实例,分析预测得知,单层80 cm冲压35遍仍达不到规定的压实度要求,因此,实体工程中需采用分层压实的措施。所以,本研究可用于对冲压效果的预测,也可在冲压目标明确的情况下预估需要进行冲压的遍数。     

山区道路泥石流滑坡活动特征与分布规律

我国山区地质地貌条件复杂,有利于灾害的形成,道路沿线泥石流滑坡广泛分布,活动频繁,危害严重。从道路展线和路基条件等方面,分析了山区道路特别是沿河道路的易损性;通过分析以往泥石流滑坡对公路、铁路的危害实例,总结出山区道路泥石流滑坡的危害方式,主要有危害路基路面、冲毁道路桥梁、淤埋道路设施、弯道超高和漫流改道、阻塞河道引发次生灾害等;分析了道路泥石流滑坡的活动特征,发现道路泥石流滑坡的分布规律主要表现为地带性、集中性、地段性和坡向差异性。这种认识能为山区道路工程建设和山区交通安全保障,提供减灾的背景资料和科学依据。     

山区河湾路基边坡颗粒起动条件与抗冲刷坡度计算

根据山区河湾路基边坡冲刷特点，建立路基边坡上填料单颗粒三维受力模式，对凹岸路基路边坡填料颗粒冲刷起动的基本条件进行理论推导。通过算例结果分析，探讨不同水流近底流速条件下的凹岸路基边坡抗冲稳定坡度。