[發(fā)明專利]隧道口柔性鼻形滾石排導(dǎo)棚洞結(jié)構(gòu)體及其設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610128867.4
• 申請日: 2016-03-07
• 公開（公告）號: CN105603893B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳永;何思明;李新坡;歐陽朝軍;祝其麗
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院;水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所
• 主分類號: E01F7/04
• 分類號: E01F7/04;E21D9/14
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11385
• 代理人: 董芙蓉

1.隧道口柔性鼻形滾石排導(dǎo)棚洞結(jié)構(gòu)體，其特征在于：包括多個人字形的防治結(jié)構(gòu)單體(100)，防治結(jié)構(gòu)單體(100)沿坡面布置，相鄰的防治結(jié)構(gòu)單體(100)之間通過疊瓦式套接或者無縫順序銜接；

所述的防治結(jié)構(gòu)單體(100)包括兩片桁架結(jié)構(gòu)頂棚(1)，桁架結(jié)構(gòu)頂棚(1)通過支撐結(jié)構(gòu)安裝在坡面耗能減震錨固底座上，桁架結(jié)構(gòu)頂棚(1)上覆蓋有復(fù)合耗能蓋板(2)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道口柔性鼻形滾石排導(dǎo)棚洞結(jié)構(gòu)體，其特征在于：所述的桁架結(jié)構(gòu)頂棚(1)為鋼管按側(cè)面為等邊三角形的正四棱錐結(jié)構(gòu)在空間內(nèi)沿同一平面方向內(nèi)相互鉸接構(gòu)成的框體。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道口柔性鼻形滾石排導(dǎo)棚洞結(jié)構(gòu)體，其特征在于：所述的復(fù)合耗能蓋板(2)由多個正方體耗能單元組成，所述的正方體耗能單元包括高密度耗能材料外層(213)和低密度耗能材料內(nèi)層(214)，高密度耗能材料外層(213)的上表面、低密度耗能材料內(nèi)層(214)下表面、高密度耗能材料外層(213)和低密度耗能材料內(nèi)層(214)之間分別有鋼板(211)，正方體耗能單元四個側(cè)邊為薄層圍板(212)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道口柔性鼻形滾石排導(dǎo)棚洞結(jié)構(gòu)體，其特征在于：所述的支撐結(jié)構(gòu)包括加筋抗彎鋼套管混凝土樁(31)和防護(hù)鋼索(32)，加筋抗彎鋼套管混凝土樁(31)包括外側(cè)鋼管(311)和內(nèi)側(cè)鋼管(312)，內(nèi)側(cè)鋼管(312)嵌套在外側(cè)鋼管(311)內(nèi)，外側(cè)鋼管(311)和內(nèi)側(cè)鋼管(312)之間還分布有螺紋鋼筋(313)，內(nèi)側(cè)鋼管(312)中心還有工字鋼(314)；外側(cè)鋼管(311)和內(nèi)側(cè)鋼管(312)內(nèi)填充混凝土(315)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道口柔性鼻形滾石排導(dǎo)棚洞結(jié)構(gòu)體，其特征在于：所述的耗能減震錨固底座包括預(yù)應(yīng)力錨桿(41)，預(yù)應(yīng)力錨桿(41)上端為鋼筋混凝土承臺(42)，鋼筋混凝土承臺(42)中心有凹槽，凹槽內(nèi)底部有耗能減震材料(45)，鋼結(jié)構(gòu)支撐樁連接裝置(43)通過螺栓(44)安裝在凹槽內(nèi)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1到5任一項所述的隧道口柔性鼻形滾石排導(dǎo)棚洞結(jié)構(gòu)體的設(shè)計方法，其特征在于，包括以下過程：

調(diào)查隧洞口所在的山坡體，確定山坡體地形參數(shù)及滾石災(zāi)害發(fā)育特征參數(shù)，包括現(xiàn)場勘查確定滾石爆發(fā)點A距離隧洞口B的直線距離a、隧洞上方坡體坡度β、依歷史監(jiān)測統(tǒng)計確定隧洞口受滾石危害區(qū)域長度CB的最大值b和寬度DD’的最大值為2w；另外，還要確定待求支撐樁的空間位置，支撐樁即為加筋抗彎鋼套管混凝土樁(31)，包括支撐樁與中軸面ABC的距離x、支撐樁在中軸線(12)上投影E’與滾石爆發(fā)點A的直線距離c；

步驟S2、依1計算確定支撐樁高度h：

式中，δ——結(jié)構(gòu)單體兩片桁架頂棚夾角的一半，°，可由下式確定：

h_B——棚洞口B點上方棚洞中軸線(12)的高度，即BB’的長度，m，可將式3中c替換為a的情況下由求出；

h₀——待求支撐樁所在棚洞橫截面上中軸線(12)的高度,即EE’的長度，m，表示為：

式中，m——為桁架結(jié)構(gòu)頂棚(1)及復(fù)合耗能蓋板(2)的總厚度，m；

θ——棚洞頂棚中軸線(12)傾角，°，由式4確定；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的隧道口柔性鼻形滾石排導(dǎo)棚洞結(jié)構(gòu)體的設(shè)計方法，其特征在于，確定耗能減震錨固底座的耗能減震材料(45)厚度Z：

式中，ε_Δ——耗能減震材料用于耗能的屈服平臺應(yīng)變量，具體可表示為材料剛進(jìn)入屈服時的應(yīng)變與壓密增強(qiáng)應(yīng)變之差，材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線可由壓縮試驗給出；

n——防治結(jié)構(gòu)單體下耗能減震錨固底座的個數(shù)，取8；

A——耗能減震錨固底座的凹槽底面積，m²；

σ_y——耗能減震材料屈服平臺強(qiáng)度，Pa，由試驗確定，但必須滿足：

σ_yA≤Sσ_c≤[N]式6

其中，σ_c——結(jié)構(gòu)單體復(fù)合耗能蓋板進(jìn)入屈服狀態(tài)耗能時的平均壓垮荷載；

S——為防治結(jié)構(gòu)單體上頂棚面積，m²，其值在工程設(shè)計中結(jié)合實際坡面地形數(shù)據(jù)及棚洞空間幾何特征確定；

[N]——為防治結(jié)構(gòu)單體中各部件承載力最小值，N，其值由結(jié)構(gòu)分析和產(chǎn)品參數(shù)給出；

E_a——在極端不利條件下，結(jié)構(gòu)單體復(fù)合耗能蓋板的所有正方體耗能單元都同時被滾石沖擊屈服且完全耗能破壞后，群發(fā)滾石剩余未被耗散的沖擊動能，可表示為：

其中，E——為最不利情況下沖擊在棚洞上群發(fā)滾石的沖擊動能，由歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析確定；

E_b——為單塊正方體耗能單元的最大耗能；由產(chǎn)品耗能參數(shù)給出。