论文部分内容阅读
我国是一个多山国家,山区约占我国陆域国土面积的65%,在山区居住着我国约40%的人口。我国山区,尤其是西部山区,泥石流活动频繁、灾害频发。砌体结构是山区的主要结构形式之一,以砌体墙为主要承重构件,其抗地质灾害能力普遍较低,泥石流一旦发生,往往导致其损坏和倒塌严重,经常带来巨大的人员伤亡和财产损失。碳纤维布作为一种新型的结构加固材料,具有施工简便、适用广泛、轻质高强等特点,其用于山区砌体结构的加固具有一定的优势。然而目前国内对碳纤维布加固砌体墙以抵抗泥石流冲击作用的研究尚处于起步阶段。因此本文着眼于碳纤维布加固前后砌体墙在泥石流冲击作用下的动态响应和破坏机理,以白龙江流域为研究区域,使用碳纤维布满贴加固无筋砌体墙的受冲击面,采用物理模型试验和数值模拟结合的方法,开展了碳纤维布改善无筋砌体墙抗泥石流冲击性能研究。
本文采用了三层碳纤维布满贴半包裹加固无筋砌体墙受冲击面,对碳纤维布改善砌体墙抗泥石流冲击性能开展了试验研究。通过加载装置使不同质量的钢球撞击到试验模型上,以此模拟泥石流中的大石块对结构的冲击作用;同时基于三维数字散斑影像相关方法测量了砌体墙面受冲击后的位移场,结合传感器数据进行分析,得出的结论是:(1)传统砌体结构抵抗泥石流冲击性能较差,当承受能量为37J、343J、809J、1568J的撞击各两次后,砌体墙将完全破坏;而碳纤维布加固后的砌体墙抵抗泥石流冲击性能显著提高,可继续承受6次1568J的撞击才完全破坏。(2)墙体在泥石流冲击作用下最薄弱处为受撞击部位和墙体中上部位,未加固墙体破坏的主要现象为受撞击部位局部突起及横纵裂缝交叉贯通,且纵向裂缝开展宽度大于横向裂缝,加固墙体破坏的主要现象为受撞击部位局部突起及碳纤维布局部断裂。(3)墙体采用碳纤维布加固后,具有更好的整体性,其在泥石流冲击作用下的变形和位移大约减小一倍以上,且位移分布更加均匀,同时墙体多数裂缝开展宽度减少一倍以上,抗裂性能显著改善。
本文基于LS-DYNA软件建立了未加固无筋砌体墙和碳纤维布加固无筋砌体墙的有限元模型,研究了在稳态泥石流浆体冲击作用前后砌体墙的动力响应;计算了未加固砌体墙和碳纤维布加固砌体墙模型在泥石流大石块冲击作用下的动力响应,并与试验结果进行了对比分析,得出的结论是:(1)浆体冲击力不会对墙体造成破坏,佐证了泥石流中的大石块是破坏砌体墙的主要因素。(2)碳纤维布加固后的砌体墙在受到泥石流冲击时可以避免被大石块直接贯穿,而未加固墙体承受速度达20m/s的大石块冲击时将发生贯穿破坏,进一步表明了碳纤维布加固后的砌体墙抵抗泥石流冲击力的性能优于原型砌体墙。(3)数值模拟得到的墙体动力响应规律与试验结果具有一致性,表明计算假定与模型参数设置合理。
本文采用了三层碳纤维布满贴半包裹加固无筋砌体墙受冲击面,对碳纤维布改善砌体墙抗泥石流冲击性能开展了试验研究。通过加载装置使不同质量的钢球撞击到试验模型上,以此模拟泥石流中的大石块对结构的冲击作用;同时基于三维数字散斑影像相关方法测量了砌体墙面受冲击后的位移场,结合传感器数据进行分析,得出的结论是:(1)传统砌体结构抵抗泥石流冲击性能较差,当承受能量为37J、343J、809J、1568J的撞击各两次后,砌体墙将完全破坏;而碳纤维布加固后的砌体墙抵抗泥石流冲击性能显著提高,可继续承受6次1568J的撞击才完全破坏。(2)墙体在泥石流冲击作用下最薄弱处为受撞击部位和墙体中上部位,未加固墙体破坏的主要现象为受撞击部位局部突起及横纵裂缝交叉贯通,且纵向裂缝开展宽度大于横向裂缝,加固墙体破坏的主要现象为受撞击部位局部突起及碳纤维布局部断裂。(3)墙体采用碳纤维布加固后,具有更好的整体性,其在泥石流冲击作用下的变形和位移大约减小一倍以上,且位移分布更加均匀,同时墙体多数裂缝开展宽度减少一倍以上,抗裂性能显著改善。
本文基于LS-DYNA软件建立了未加固无筋砌体墙和碳纤维布加固无筋砌体墙的有限元模型,研究了在稳态泥石流浆体冲击作用前后砌体墙的动力响应;计算了未加固砌体墙和碳纤维布加固砌体墙模型在泥石流大石块冲击作用下的动力响应,并与试验结果进行了对比分析,得出的结论是:(1)浆体冲击力不会对墙体造成破坏,佐证了泥石流中的大石块是破坏砌体墙的主要因素。(2)碳纤维布加固后的砌体墙在受到泥石流冲击时可以避免被大石块直接贯穿,而未加固墙体承受速度达20m/s的大石块冲击时将发生贯穿破坏,进一步表明了碳纤维布加固后的砌体墙抵抗泥石流冲击力的性能优于原型砌体墙。(3)数值模拟得到的墙体动力响应规律与试验结果具有一致性,表明计算假定与模型参数设置合理。