滑坡碎屑流是高位滑坡的一种常见运动形式,具有大规模、远程、高速的特点,往往造成毁灭性灾难,严重威胁到我国山区人民的生命财产。开展滑坡碎屑流对防护结构的冲击效应及堆积特征研究,不仅有助于对碎屑流冲击灾害的机理研究水平的提高、基础理论的完善和创新,同时可以为拦挡结构的优化设计提供科学依据,对保护山区基础设施安全、人民生命财产安全都具有重要的科学意义和现实意义。本文以防护结构作为研究因素,考虑拦挡结构高度、结构形式结合地形坡度参数,运用模型试验和数值模拟方法,以冲击力为核心,结合颗粒分选、能量演化特征和堆积体分布,分析不同防护结构类型和形式对碎屑流的拦挡效应。1)坡脚角度α≤45°时,冲击力时程曲线经历了线性增大、线性减小,拦挡效果显著。而坡脚角度为55°时,碎屑流冲击力时程曲线出现三个变化阶段:线性增加、持力阶段、线性减小。挡板高度越高,持力阶段的持续时间越短,冲击力线性减小阶段时间越长。在本文所用颗粒级配下,小颗粒(2.5-10mm)对挡板的冲击效应显著;而大颗粒(25-60mm)作用在挡板上出现突变,冲击效应不显著。碎屑流的运程随着挡板高度的增加逐渐减小。2)由于偏转结构的作用,碎屑流颗粒的运动方向发生偏转,滑体最大速度从坡脚处变化到滑槽上颗粒的后缘。随着偏转结构宽度的增加,法向力显著增大;堆积区面积和最大水平运动距离不断减小,安全区的面积逐渐增加。通过定义无量纲数(N_k)表征颗粒分选效应,当拦挡宽度相同时,颗粒的分选效应随颗粒尺寸的增大而减小;小颗粒(2.5-10mm)、中等颗粒(10-25mm)和大颗粒(25-60mm)的N_k值随着偏转结构宽度的增加逐渐增大。当坡脚处设置偏转结构时,碎屑流颗粒堆积体积百分比随着运动距离的增大逐渐减小;无偏转结构时,体积分布在中间位置附近取得峰值,向两侧呈递减,与Extreme函数相对应。3)运用数值模拟分析三种不同结构形式(凹型圆弧、直线型、凸型圆弧)对碎屑流的导引效应表明:凹型圆弧结构可以有效地将碎屑流颗粒的冲击力进行转化,对颗粒的导引作用最大。碎屑流颗粒动能变化的影响,主要是由于颗粒与滑槽之间的碰撞和摩擦;引结构的作用对靠近坡脚处颗粒堆积体积分布有显著的影响,并且凹型圆弧结构形式最优。