泥石流多级拦挡组合模式及参数分析

泥石流是一种活跃于山区的自然灾害,人类同泥石流灾害的斗争可以说是与生俱来,但随着人类生产生活资源日趋匮乏,人类活动逐渐向山区延伸,向山区剥夺自然资源的行为也越来越频繁,导致山体植被覆盖率迅速降低,水土流失日趋严重,泥石流从自然孕育发展为后期人类不正确的行为直接后果。泥石流的研究治理已成为现今相关领域关注的热门课题,总结可知泥石流研究的主要内容包括:泥石流的产生机理、预测预报及防治区分;泥石流灾害的危险性评估及合理设计;泥石流流体模型研究以及模型试验分析;泥石流治理方案及措施;泥石流工程结构设计等方向。泥石流结构工程治理主要根据泥石流孕育区的地质地理环境及已经出现过泥石流灾害后对现场泥石流泥浆颗粒粒径,重度,淤积深度情况进行调研后,推算中泥石流流速及流量,从而根据现行的泥石流防治规范计算出泥石流的冲击力,结构设计通常按最不利条件进行设计,拦挡坝所承受的荷载主要分为:泥浆及块石冲击力动荷载和后期淤满的静载。本文从计算流体动力学角度出发,采用CFX单向流固耦合数值分析方法,一方面考虑坝体所受泥石流冲击力作用,另一方面坝体满库后所受泥浆静压力作用。主要研究内容有:(1)利用流体动力学CFX软件对流场进行单向流固耦合分析,通过对泥石流沟道坡度,宽度参数分析,得出坡度和宽度对泥石流流速和冲击力有明显的影响,因此流场分析时这两个参数的影响应考虑在内。(2)针对泥石流拦挡坝数量对泥石流拦截作用的影响,分别对坝体数量逐级递增的各个情况进行数值分析,通过分析对比一座坝,两座坝,三座坝,四座坝这四种工况的泥浆首次瞬时冲击力及越过坝体后的冲击力,泥浆冲击前后流速的变化,坝体满库时所受静压力大小。(3)在泥石流多级拦挡模式的基础上作出适当改进,考虑透水型坝体结构主要是减速和过滤大粒径颗粒,进而加入格栅坝,对这种多级拦挡组合模型在泥石流冲击下泥浆的冲击力,流速及坝体响应进行数值分析。(4)以宕昌大地沟泥石流防治工程为背景,基于现行的规范公式,将数值分析得到的流速及冲击力与公式公式计算结果对比,从而证实了数值模拟结果的可靠性,说明该数值分析方法可行,为泥石流的防治工程方案确定以及防治结构设计提供新方法。