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水 利 学 报

２０２４年 ６月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５５卷 第 ６期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２４）０６ － ０７１１ － １２

新型阻尼耗能式泥石流格栅坝的工作机制及理论计算方法

王永胜 １，２ ，郭文祥 １，２ ，张晓研 １，２ ，潘远文 １，２ ，王彦兵 ３
（１．兰州理工大学 土木工程学院，甘肃 兰州 ７３００５０；
２．兰州理工大学 西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心，甘肃 兰州 ７３００５０；
３．甘肃省交通工程建设监理有限公司，甘肃 兰州 ７３００５０）

摘要：为解决泥石流冲击作用下传统格栅坝容易损坏问题，提出新型阻尼耗能式泥石流格栅坝，阐述了其结构组
成及工作原理。利用力法、变形协调方程与温克尔弹性地基梁理论，建立了新结构耗能与复位阶段各构件的力学
计算模型，给出了立柱埋深的计算方法。运用有限元软件分析新结构的力学特性，并将理论计算与模拟值进行了
对比。结果表明：（ １）新型阻尼耗能式泥石流格栅坝基于柔性消能理念，通过迎流面格栅与阻尼耗能撑杆协同变
形来消耗泥石流冲击能量，与传统泥石流格栅坝相比，大大提高了抗冲击性能；（ ２）新型阻尼耗能式泥石流格栅
坝受力分耗能与复位两阶段，耗能阶段变形协调使最边跨横梁在滑移支座端内力急剧突变，设计时应着重考虑；
复位阶段顶层竖杆与横梁内力大于其他层，应重点验算；（ ３）理论计算与有限元模拟的各构件内力变化趋势基本
吻合，验证了本文计算方法的可靠性，结果可为新型阻尼耗能式泥石流格栅坝的推广应用提供理论依据。
关键词：泥石流；新型阻尼耗能式泥石流格栅坝；工作机制；内力计算；协同受力
号
：
中
图
分
类
３
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２３０８１２
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２
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Ｐ
６
１ 研究背景
工程防治是减轻泥石流灾害最直接的手段之一 ［１］ 。虽然修筑拦挡坝能有效拦截泥石流 ［２］ ，但传
统拦挡坝截面尺寸大、材料浪费严重，在泥石流冲击下构件容易损坏。为此学者推出一系列新型拦
挡坝。２０世纪美国、日本等国家将柔性 防护网应 用于泥 石 流 防治 中，证 明 抗 冲击 性 良 好的柔性防
护网能有效阻止泥石流等动态荷载 ［３］ 。王兆印等 ［４］ 从能量耗散角度出发，将深潭 － 阶梯系统引入泥
石流防治工程。张亚飞等 ［５］ 将透水性和整体性好的格宾石笼应用于实际泥石流沟道中，在多次融雪
泥石流影响下，格宾石笼仍未破坏。谢涛等 ［６ － ７］ 提出了鱼脊型水石分离结构，通过模型试验与理论
计算，研究了该结构水石 分离 效果 与结构 设计方 法。陈 紫云 等 ［８］ 提 出了 鱼 嘴 式 穹 隆 格 栅 坝，通 过
“鱼嘴” 的泥石流从准层流调整为紊流，再通过泥石流自身的黏滞作用降低流速。王东坡等 ［９］ 将竖
向重力坝优 化 为 弧 形 坝， 引 导 泥 石 流 爬 升 弧 形 坝，将 泥 石 流 冲 击 动 能 转 换 为 重 力 势 能。 王 永 胜
等 ［１０］ 将张弦梁引入格栅坝中，利用张弦梁变形，来消耗泥石流冲击能。Ｎｇ等 ［１１］ 将导流板设置在泥
石流实体坝顶部，有效阻止了泥石流爬坡溢出。Ｌｉ等 ［１２］ 将水平格栅与垂直 柔 性网 结 合，使结构能
持续进行水石分离。
现有拦挡坝在经历多次泥石流后，排水孔内碎屑与淤泥不断压实，排水堵塞，难以清理，逐渐失
去 “拦砂滤水” 的能力。泥石流块石冲击下坝体损毁，失去拦挡功能，如图 １所示 ［１３］ 。为此，本文

收稿日期：２０２３ － １２ － ２７；网络首发日期：２０２４ － ０６ － ２１
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２４０６２０．１３５４．００６．ｈｔｍｌ
基金项目：国家自然科学基金项目（５２２６９０２４，５１７６８０３９）；兰州理工大学红柳杰出青年人才支持计划项目（０４ － ０６２４０８）；兰州市
青年科技人才创新项目（２０２３ － ＱＮ － ５３）；甘肃省高等学校产业支撑计划项目（２０２０Ｃ － ４０）
作者简介：王永胜（ １９８５ － ），教授，博士生导师，主要从事滑坡泥石流防治技术研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｗｙｓ５９１８８８＠１６３．ｃｏｍ
通信作者：王彦兵（１９８６ － ），高级工程师，主要从事土木工程防灾减灾研究。Ｅ － ｍａｉｌ：４４６３３５４７５＠ｑｑ．ｃｏｍ
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