铁路桥墩防泥石流冲击的技术措施研究

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随着我国经济建设的发展,尤其是“西部大开发”、“一带一路”国家战略的实施,我国在西部山区修建了越来越多的公路、铁路。泥石流是一种常见的山区地质灾害,因此道路与泥石流相遇将是不可避免的。由于山区公路铁路中的通行条件,需要设置大量的桥梁,以满足道路的通行要求。铁路桥墩虽然相较于公路桥墩更加粗壮,但也可能在泥石流灾害中受到损害甚至冲毁,造成大量的经济损失和人员伤亡。因此对于铁路桥墩设置一种合适的减小泥石流冲击作用的防护装置是十分必要的。本文首先介绍了泥石流几个运动的重要参数,接着对于CFD、流固耦合以及在后续模拟中用到的Fluent中的重要的多相流模型和湍流模型进行了介绍。随后在Fluent中对于泥石流冲击铁路圆端形桥墩的流体部分进行模拟,并在Ansys-workbench中完成单向流固耦合分析,分析桥墩的受力情况和泥石流的流场情况。进一步地,分别对带有非接触式品形三桩防护装置和接触式锥形导流体防护装置的桥墩进行分析,对比之前无防护桥墩中得到的各项结果,综合评估后,得出最为合理的防护布置方式。最后又分别模拟了不同初始流速和重度与粘度的泥石流冲击所选用的带有最佳防护装置的桥墩的情况,分析它们对于不同泥石流的防护效果。最终得到以下结论:(1)对于品形布置的三桩防护,缩短防护桩之间的相对距离和与桥墩的相对距离,均会提高防护效果。防护桩的高度的影响则随着防护桩距离桥墩距离的不同而有所区别。综合分析后得到设置最佳品形三桩防护装置保护作用下,桥墩受到的冲击力与倾覆力矩的峰值与无防护下的比值分别为0.76和0.73,有明显的下降。(2)对于锥形导流体防护,防护装置大于泥石流入口深度时,防护效果最好。而对于不同迎流角角度的情况,最好的是迎流角为40°的情况。综合分析后得的设置最佳锥形导流体防护装置下,桥墩处所受到的冲击力与倾覆力矩的峰值无防护下的比值分别为0.36和0.19,相比于之前的设置品形三桩防护装置下,又有了明显的下降。(3)所选最佳的非接触式品形三桩防护和接触式锥形导流体防护对于不同入口流速和不同重度粘度的泥石流产生的防护效果相近。
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