[发明专利]一种高位碎屑流灾害的韧性桩群耗能减灾装置及方法

说明书

一种高位碎屑流灾害的韧性桩群耗能减灾装置及方法属于地质灾害防治安全技术领域。装置包括：矩形钢筋混凝土桩、节段装配式耗能自复位保护壳。保护壳由内而外主要包括：橡胶环、内置钢板、橡胶混凝土、外侧钢板组成，其中，保护壳迎冲弧形段中内置竖向波纹钢管。内置波纹钢管与内置钢板、外侧钢板通过对拉螺栓和螺母连接。装置中内置波纹钢管、通过橡胶混凝土与内、外侧钢板形成刚柔一体式夹心结构，起到多层防护缓冲撞击力作用。本发明充分发挥了内、外侧钢板的刚性、橡胶混凝土和橡胶环的延性、以及波纹钢管通过波纹拉伸和压缩变形提升的耗能韧性，从而较大幅度提高了桩群结构耗能抗冲击、自复位特性，可对碎屑流中巨大动能的块石进行有效拦挡。

技术领域

本发明涉及一种碎屑流拦挡工程技术，尤其是一种高位碎屑流灾害的韧性桩群耗能防护技术，属于地质灾害防治安全技术领域，广泛适用于高陡山区内高位碎屑流的防治。

背景技术

我国青藏高原周边地区地质活动很强烈，从龙门山构造带到青藏高原周边、新疆喀什地区、尼泊尔一带均属于地质活动强烈地区。同时，上述地区在全球范围内地形陡度、梯度最大，常发育高位泥石流、高位滑坡碎屑流、高位崩塌碎屑流等强破坏性链式灾害。此类灾害运动呈散体介质快速流动，并且具有高位、远程、速度快、能级高，破坏大等特征，此外，碎屑流在运动过程中，剧烈铲刮下伏和侧缘岩土体，导致体积明显放大。

碎屑流灾害造成的危害是巨大的，1991年云南昭通头寨滑坡碎屑流约2000万方，共造成202间房屋被毁，216人遇难。2017年茂县新磨村滑坡碎屑流，最终碎屑流体积超过1600万方，与初始体积放大超过4倍，最终摧毁了整个新磨村，造成83人死亡。2018年金沙江白格两次滑坡碎屑流，形成两次堵江事件，过流洪峰进入四川、云南境内，大量路基和桥梁被洪水冲毁，下游沿江两岸大量居民房屋被洪水淹没，造成巨大的经济损失。除危害人民群众的生命财产安全外，碎屑流还威胁到国家的基础设施建设，我国水电设施90％以上分布在山区，约50％道路干线穿过山区，受高位碎屑流威胁严重。

目前，高位碎屑流防护拦挡技术通常采用的是已在高位泥石流拦挡工程中运用较多的重力坝、索网坝、格栅坝、桩林坝、桩梁坝等，其中桩林及桩梁坝兼具水石分治和抵抗大块石冲击的优点，已在甘肃舟曲三眼峪沟、罗家峪沟、四川清平文家沟、宝兴冷木沟、汶川棋盘沟、云南鲁甸龙头山等特大泥石流治理工程中得到成功应用。

高位碎屑流中含有大量巨石，若得不到有效拦截，势必从高位滚落下来，高势能转化为巨大动能，目前的拦挡结构将面临巨大冲击，若设计不当，将造成严重破坏。桩林及桩梁坝的拦挡效果好、刚度大、抗冲击能力强，已成为目前使用较广泛的结构形式。

桩林及桩梁坝作为一种被动防护措施，其设计由于相关冲击力学理论研究不足，往往结构断面、配筋率设计过大。即使这样偏安全设计，混凝土保护层在多次瞬时撞击情况下易发生局部破坏，致使钢筋裸露锈蚀，结构耐久性受到影响。

因此迫切需要研究一种在高位碎屑流灾害体运动过程中，可对巨大动能的块石进行拦挡，且具有耗能、自复位且可节段装配保护壳的韧性桩群结构。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述问题，通过在桩群结构外侧增设节段装配式耗能自复位保护壳，增加桩群结构韧性，从而达到桩群抵抗巨能块石冲击的目的，其中保护壳主要由波纹钢管、橡胶混凝土、橡胶环组成。

本发明的目的以及解决其技术问题可以通过以下技术方案来实现。

依据本发明提出的高位碎屑流灾害的韧性桩群耗能减灾装置，包括：矩形钢筋混凝土桩(1)、节段装配式耗能自复位保护壳(2)。节段装配式耗能自复位保护壳(2)由内而外主要包括：橡胶环(2-3)、内置钢板(2-6)、橡胶混凝土(2-2)、外侧钢板(2-1)组成，其中，节段装配式耗能自复位保护壳(2)迎冲弧形段中内置竖向波纹钢管(2-5)。内置波纹钢管(2-5)与内置钢板(2-6)、外侧钢板(2-1)通过对拉螺栓(2-4)和螺母(2-7)连接。