本文關鍵詞：泥石流沖擊力計算方法實驗研究　出處：《成都理工大學》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：泥石流是山區(qū)的典型地質(zhì)災害之一,具有較大的危害性。泥石流沖擊瞬間會釋放出大量前期逐漸積累的物質(zhì)和巨大能量,具有極大的沖擊破壞力。這種破壞力主要表現(xiàn)為淤埋和沖擊破壞,尤其是沖擊破壞最為顯著。經(jīng)前人研究可知,泥石流沖擊力由泥石流漿體動壓力和大塊石撞擊力兩部分組成,而造成結構破壞的主要因素是大塊石的沖擊。因此系統(tǒng)而深入的研究泥石流大石塊的沖擊力的計算模型,并藉此制定出有效的防災、減災措施,不僅具有很大的理論意義和巨大的經(jīng)濟價值,同時對保護人民的生命安全具有不可忽視的意義。泥石流巨石沖擊力不僅與巨石本身的物理特性有關還與泥石流本身的性質(zhì)有關,由于影響因素過多,因此研究泥石流沖擊力比較困難。本文將泥石流巨石沖擊力的研究分成滾石在空氣和泥漿兩種介質(zhì)中的沖擊力研究,假設無論在何種介質(zhì)下,滾石和被撞物體撞擊瞬間,滾石沖擊力計算公式中與質(zhì)量、彈性模量和速度的關系式是不變的。最終泥石流巨石沖擊力的計算公式較滾石沖擊力計算公式只是系數(shù)變化。而泥石流沖擊力的計算公式的系數(shù)與泥石流的級配、屈服應力、容重等因素有關。通過量綱分析推導出滾石沖擊力的影響因素有撞擊物體的質(zhì)量、撞擊速度、撞擊物體與被撞物體的彈性模量和撞擊方向與平面的夾角,并得到了各影響因素之間的關系。然后通過設計實驗、數(shù)據(jù)采集和分析驗證理論推導,最終得到滾石沖擊力計算模型,為了使所得到的滾石沖擊力計算模型能應用到實際的工程中,最后通過多組實驗分析得到泥石流沖擊力的計算公式。在這一系列的實驗中得到的結論有:(1)本文通過量綱分析方法得到一個量綱和諧的滾石沖擊力公式。該公式F=C(EM2V4)1/3f(sina),從公式中可以看出滾石的沖擊力與撞擊物體的質(zhì)量M、撞擊速度V、綜合彈性模型E及撞擊方向與平面的夾角a的正弦有關。E=E1E2/(E1+KE2E1),其中E1為撞擊物體的彈性模量,E2為被撞物體的彈性模量。(2)通過多組實驗和數(shù)據(jù)分析,最終確定系數(shù)C=0.261,K=2,f(sina)=sin1/2a。因此得到滾石沖擊力的計算公式為F=0.261(E1*E2/(E1+2E2)V4M2)1/3sin1/2a。將該模型與國內(nèi)外實驗數(shù)據(jù)和野外數(shù)據(jù)結果對比,公式吻合度很好,并且該模型不受大尺度限制,可用于野外實際情況。(3)在滾石沖擊力實驗的基礎上,經(jīng)過多組實驗得到在清水介質(zhì)下,滾石的沖擊力計算模型中的速度、質(zhì)量、和綜合彈性模量的關系都沒有發(fā)生變化。只是系數(shù)發(fā)生了變化,最終C=0.212。最終在水下滾石沖擊力的計算公式為F=0.212(E1*E2/(E1+2E2)V4M2)1/3sin1/2a。(4)將清水介質(zhì)換成純漿體介質(zhì)進行實驗。通過多組實驗得到在粒徑相同的漿體中,沖擊力計算模型中系數(shù)C的大小隨著τ/rgd1的增大而不斷減小并得到一個量綱和諧的關系式為C=0.19(τ/rgd1)^(-0.1)。其中τ為泥石流屈服應力,r為泥石流容重,d1為漿體的粒徑,因為在泥石流漿體中的最大粒徑為0.00005m,因此取d1=0.00005m。在漿體介質(zhì)中,滾石沖擊力計算公式中的系數(shù)C均小于清水中的系數(shù)。從能量的角度,泥漿中的物質(zhì)比清水更能吸收沖擊能量,因此比在清水中沖擊力小。(5)用1mm-2mm,2mm-5mm,5mm-10mm,10-20mm,20mm-50mm五種粒徑配制不同屈服應力和容重的泥石流使五種粒徑都能懸浮在漿體中。然后進行試驗,通過多組實驗得到在泥石流介質(zhì)下,泥石流中巨石的沖擊力計算模型中的系數(shù)C=0.225(τ/rgd1)(-0.1)(d/d0)0.05,其中d表示試驗中懸浮粒徑,而d0為一般漿體中的砂的粒徑,d0為常數(shù)d0=0.002m,當d/d0快速增大時,C/(t/rg)(-0.1)增大并不明顯。這也表明在泥石流介質(zhì)下,滾石沖擊力計算公式的系數(shù)比較穩(wěn)定,不會隨著懸浮粒徑的增大變化過于明顯。(6)通過對數(shù)據(jù)的整理,最終得到泥石流沖擊力的計算模型F=0.225(τ/rgd1)(-0.1)(d/d0)0.05(EM2V4)1/3sina0.5,并且該模型與國內(nèi)外實驗數(shù)據(jù)和野外數(shù)據(jù)結果對比,公式吻合度很好。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P642.23

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