基于DEM-FEM耦合方法的碎屑流对桥墩最大冲击力的影响因素研究

U445.7; 碎屑流是我国山区最危险的地质灾害之一,山区桥墩常受到碎屑流冲击而开裂、倾斜甚至倒塌,给山区桥梁建设、运营带来严重的安全隐患.采用离散元方法(discrete element method,DEM)和有限元方法(finite element method,FEM)耦合的三维数值模拟方法模拟了碎屑流对双柱式桥墩的冲击效应,并结合斜槽试验,验证了耦合方法的准确性,进一步分析了碎屑流冲击坡度、距离和体积密度对桥墩冲击力的影响规律.结果表明,最大冲击力与碎屑流冲击坡度、距离和体积密度分别呈幂函数(指数大于1)、幂函数(指数小于1)和线性正相关.冲击坡度、距离和体积密度对最大冲击力的敏感度...

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Published in自然灾害学报 Vol. 33; no. 2; pp. 65 - 74
Main Authors 陈勇, 姚昌荣, 周迅, 赵实达, 陈庭宇, 强斌
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 西南交通大学 土木工程学院,四川 成都 610031%四川省交通运输发展战略和规划科学研究院,四川 成都 610041 01.04.2024
Subjects
impact force
rock avalanche flow
sensitivity analysis
DEM-FEM耦合方法
bridge pier
桥墩
敏感性分析
碎屑流
冲击力
coupled DEM-FEM method
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ISSN1004-4574
DOI10.13577/j.jnd.2024.0207

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Summary:U445.7; 碎屑流是我国山区最危险的地质灾害之一,山区桥墩常受到碎屑流冲击而开裂、倾斜甚至倒塌,给山区桥梁建设、运营带来严重的安全隐患.采用离散元方法(discrete element method,DEM)和有限元方法(finite element method,FEM)耦合的三维数值模拟方法模拟了碎屑流对双柱式桥墩的冲击效应,并结合斜槽试验,验证了耦合方法的准确性,进一步分析了碎屑流冲击坡度、距离和体积密度对桥墩冲击力的影响规律.结果表明,最大冲击力与碎屑流冲击坡度、距离和体积密度分别呈幂函数(指数大于1)、幂函数(指数小于1)和线性正相关.冲击坡度、距离和体积密度对最大冲击力的敏感度值分别为 3.012、0.202、0.804,在桥梁碎屑流灾害防治时需重视冲击坡度和体积密度的影响.将冲击力的数值模拟值与流体动力学模型预测值对比分析表明,流体动力学模型理论公式能较好地预测桥墩所受的最大冲击力,最大预测误差低于 23.6%.相关研究结果可为山区桥梁碎屑流灾害防治与设计提供一定的参考依据.
ISSN:1004-4574
DOI:10.13577/j.jnd.2024.0207