泥石流冲击下新型空间网格防护结构理论及实验研究

China is one of the country with the most serious geological disasters in the world. The largest debris flow recent years taking place in Zhouqu located in south of Gansu Province caused a great deal of life and property damage on August 8, 2010. Based on thorough investigation and study on the protection structure of debris flow in domestic and foreign, the innovational steel grid protective system has been proposed. Considering the real project situation of the existing debris flow protection structure, systematically research on calculation method of debris flow characteristics value under different environmental background (mainly debris flow impact load) can be done. On this basis, one of the innovational steel grid protective systems for resisting the impact loads caused by debris flow will be researched. In which, the superior properties of space grid structure can be taken use of such as high stiffness, good integrity and superior impact resistance, and so on. Through the theoretical studies of this new kinds of system, dynamic response analysis of this structure under the debris flow impact loads can be done. Researches on anti-impact property, failure patterns and modes of the structures can be analysis. And the failure criterion and design methods of the new system under this particular dynamic load can be established. Then the availability of the new system can be verified by doing experimental study on reduced scale model under equivalent gravity conditions; In addition, the impact resistance of this structure can be improved with the use of advanced energy-dissipation and energy-absorbing brace technologies. And its failure patterns must be controlled to ensure the structure's safety on maximum degree, and provide the technical supports for debris flow disaster protect engineering.

中国是世界上地质灾害最为严重的国家之一，2010年8月8日舟曲特大泥石流造成了巨大的生命和财产损失。本课题在对国内外泥石流防护结构充分调查研究的基础上，结合现有泥石流防治工程的实际情况，系统研究在不同环境背景下泥石流的特征值计算方法（主要是泥石流冲击力）；在此基础上利用空间网格结构刚度大、整体性好、抗冲击性能优越等优势，提出用于抵抗泥石流冲击荷载的新型钢网格防护结构体系，对此类新型结构进行理论研究，分析此类结构在泥石流冲击荷载作用下的动态响应，研究结构的抗冲击性能、破坏形态和破坏模式，建立这种特殊动力荷载作用下新型结构的破坏准则和设计方法；并进行等效重力条件的缩尺模型实验研究，验证此类结构的有效性；此外利用先进的耗能及吸能支撑技术，对此类新型结构进行抗冲击性能改进，更好地提高此类结构的抗冲击性能，并对其破坏形态加以控制，最大程度地保证结构安全，为泥石流灾害工程防治提供技术支撑。

中国是世界上地质灾害最为严重的国家之一，泥石流造成的人员伤亡及经济损失很大，有效治理泥石流对防灾减灾意义重大。.课题针对特殊地质环境下泥石流的运动特性，分析了作用在防护结构上的泥石流动力特征值，明确泥石流冲击力由泥石流整体冲压力和泥石流中大块石的冲击力共同构成，基于两相流理论，采用分析软件CFX对粘性泥石流进行了模拟分析；并针对大块石的冲击作用是导致拦挡坝破坏的主要原因，分析了大石块冲击力的主要影响因素：块石的质量、速度、撞击结构的入射角度、泥石流的流速等。在此研究的基础上利用空间结构优越的受力性能，提出了抗泥石流块石冲击荷载的新型钢网格结构体系，包括钢结构格栅坝、带有支撑的泥石流拦挡坝、带有弹簧的泥石流格构坝、新型钢管混凝土桩林结构，采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法，重点展开对大块石冲击荷载作用下多种新型钢网格防护结构的动力性能分析，采用有限元软件LS-DYNA分析了多种钢网格结构在冲击荷载作用下的动态响应，探讨了结构的破坏形态、破坏模式和抗冲击性能，研究了不同泥石流荷载工况下的结构动力响应及破坏规律；并开展了空间网壳结构在多种工况下的抗冲击性能的研究，探讨了空间网壳结构冲击破坏模式，研究了网壳结构抗冲击承载力及稳定性。研究结果表明：本文提出的新型系列空间网格防护体系能够有效地提高防护结构的抗冲击能力，减轻了泥石流的破坏作用。此外课题还进行了拱形坝及柔性索网等防护结构的初步研究。. 课题组自行设计并制作了模拟冲击试验台，进行了5个系列15组结构模型的抗冲击试验研究，验证了理论分析的有效性，为进一步研究结构的抗冲击性能及其工程应用提供理论依据。.课题共发表学术论文39篇，EI检索9篇，申请国家发明专利4项，已获得授权3项，参加国际、国内学术会议24人次，邀请国外、国内专家讲学12人次，培养博士研究生3名，培养硕士研究生24名。