尾砂流冲击作用下砌体结构破坏机理

作     者：刘召华 

作者单位：南昌大学 

学位级别：硕士

导师姓名：姜清辉;姚池

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：尾砂流 模型试验 砌体结构 冲击破坏 数值模拟 

摘      要：尾矿库溃坝是一种比较常见的、危害巨大的灾害,在统计的93种事故、公害的隐患中,它名列第18位。尾矿库因所处的地理位置一般在交通线附近、在山谷中重要水源处或者是在居民区的上游。一旦尾矿库发生溃决,将会给下游人民的生命及财产安全带来巨大的损失。山区居民建筑大都是砌体结构形式,在尾砂流的冲击作用下会产生破坏,所以研究尾砂流对砌体结构的冲击破坏机理具有重要意义。本文以永平铜矿的燕仓尾矿库2#副坝为工程背景,借助室内大型缩尺模型试验以及有限元软件ANSYS对尾砂流冲击作用下砌体结构的破坏机理进行了初步的研究。主要研究成果如下:(1)通过整理研究相关国内外的文献资料,确定模型相关材料(混凝土、烧结粘土砖)的本构关系;并选用软件ANSYS,采用完全瞬态动力分析方法对该问题进行分析。(2)利用相似理论,确定相关的模型试验材料以及几何相似比尺,建立了大型的室内缩尺试验模型,通过试验得出了尾砂流对下游砌体结构的冲击力特征曲线和尾砂流对下游区域的影响范围。(3)建立了两层四开间的砖砌体结构房屋有限元模型,采用ANSYS非线计算软件模拟此结构在尾砂流作用下的破坏过程,通过对构造柱及墙体的位移和应力分析其破坏机理。计算结果表明,在尾砂流冲击作用下边柱的应力小于中间柱子的应力;同一根构造柱的最大应力始终出现在柱底位置,其次是柱顶,最后是柱中;在冲击力的持续作用下,节点位移将持续增大,在达到最大值以后,随着应力的减小位移也有所减小,最终稳定在某一范围。(4)在尾砂流的冲击作用下,两边窗间墙的应力明显大于中间窗间墙的应力;并且随着冲击力范围的增大墙体的应力也随着增大;墙体节点的位移随着冲击力作用时间的增长而持续增加的,并且随着时间的增加其节点位移增加的速率越来越快;随着冲击力范围的增大位移也随着增大。根据对两个模型计算结果的分析,发现适当的减小房间的开间,构造柱和墙体的应力及位移都有所减小,即减小开间有利于提高构造柱及墙体的安全性。