吉林大学学报(地球科学版) ›› 2023, Vol. 53 ›› Issue (6): 1773-1784.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230212

• 地质工程与环境工程 • 上一篇    下一篇

品字形桩林防护结构对泥石流冲击桥墩作用的影响

王常明1,刘辛磊1,王飞2   

  1. 1.吉林大学建设工程学院,长春130026
    2.中国铁路设计集团有限公司,天津300300
  • 出版日期:2023-11-26 发布日期:2023-12-12
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(41972267);中国铁路总公司科技研究开发计划项目(2021A240403)

 Infulence of Three-Pile Structure with Trefoil-Shaped Distribution on Impact of Debris Flow on Bridge Pier

Wang Changming1,Liu Xinlei1,Wang Fei2   

  1. 1. College of Construction Engineering,Jilin University,Changchun 130026,China
    2. China Railway Design Corporation,Tianjin 300300,China
  • Online:2023-11-26 Published:2023-12-12
  • Supported by:
     the National Natural Science Foundation of China (41972267) and the Key Scientific Research Project of China Railway Design Corporation (2021A240403)

摘要: 减缓和消除泥石流对桥墩的冲击作用对大桥安全至关重要。以品字形桩林作为防护结构,结合泥石流运动特征参数和桥墩宽度等因素,提出了一种桩林结构尺寸的设计原则。先通过模拟泥石流中大块石对不同型式桩林结构的冲击作用获得了桩林结构的最佳布置方式,然后采用SPH(光滑粒子流体动力学)-FEM(有限元)结合的方法分析了含大块石泥石流对设置品字形桩林结构情况下桥墩的冲击作用。结果表明:大块石与泥石流浆体共同撞击桥墩的冲击力为3 843 kN,远大于无防护时纯泥石流浆体对桥墩冲击力1 840 kN和有防护时的1 452 kN;桩间距3.0 m、桩排距1.0 m是品字形桩林结构最为合理稳固的布置方式;设置防护结构时桥墩所受泥石流浆体的冲击力峰值、墩底应力峰值和数值模拟t=8.0 s时墩底位移峰值相比于无防护状态下分别减小了约21.1%、79.0%和29.4%。采用品字形桩林防护结构对于桥墩受泥石流冲击破坏有相当显著的防护作用。

关键词: 泥石流, 品字形, 桩林结构, 桥墩, SPH-FEM模拟

Abstract: How to mitigate and eliminate the impact of debris flow on bridge pier is crucial to the safety of bridges. Taking the three-pile unit with trefoil-shaped distribution as the protective structures, a design principle for the size of this structures is proposed considering factors such as the characteristics of debris flow movement and the width of bridge piers. Firstly, an optimal arrangement of piles is obtained by simulating the impacts of block stone on different types of pile group structures. Then the impact of the debris flow with block stone on the bridge pier under pile structure was analyzed by using SPH-FEM method. The results show that the impact force of large stones and debris flow slurry on bridge piers is 3 843 kN, which is much greater than the impact force of debris flow slurry on bridge piers without protection, which is 1 840 kN, and the impact force of debris flow slurry on bridge piers with protection, which is 1 452 kN. The pile layout with a column spacing of 3.0 m and a row spacing of 1.0 m is the most stable. And after the protective structure was set up, the peak impact force of debris flow slurry, peak stress and peak displacement at the pier bottom whent=8.0 s were reduced by about 21.1%, 79.0% and 29.3%, respectively. Therefore the pile group structure has a significant protective effect on bridge piers impacted from debris flow.

Key words: debris flow, trefoil-shaped, pile structures, bridge pier, SPH-FEM simulation

中图分类号: 

  • P642.23
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